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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verschaltungsring zum Verschalten von Wicklungsdrähten eines Stators, insbesondere eines segmentierten Stators, nach einem Wickelschema, aufweisend einen auf einer Stirnseite des Stators anbringbaren Trägerring, an dem radial außen Kontaktelemente angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Kontaktelement für einen solchen Verschaltungsring sowie ein Verfahren zum Verschalten eines Stators mit einem solchen Verschaltungsring.
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In der
DE 10 2008 054 529 A1 wird ein Elektromotor beschrieben, bei dem ein segmentierter Stator mithilfe mehrerer Kontaktringe miteinander verschaltet ist. Der aus einer Mehrzahl von Einzelelementen bestehende Kontaktring ist auf einer Stirnseite des Stators aufgesetzt. Jeder der Einzelringe weist als Schneidklemmen ausgebildete Kontaktelemente auf, die an Zungen angeordnet sind, die sich radial von jedem der Einzelringe erstrecken.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verschaltungsring eines Stators, insbesondere eines segmentierten Stators, derart weiterzuentwickeln, dass ein Verschalten der Wicklungsdrähte des Stators in einfacher und schneller Weise, kostengünstig und vorzugsweise zudem automatisiert erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verschaltungsring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Verschalten eines Stators mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
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Dafür wird ein Verschaltungsring zum Verschalten von Wicklungsdrähten eines Stators, insbesondere eines segmentierten Stators, nach einem Wickelschema geschaffen. Der Verschaltungsring erstreckt sich konzentrisch zu einer Achse. Er ist daher quer zur axialen Richtung angeordnet. Der Verschaltungsring weist einen auf einer Stirnseite des Stators anbringbaren Trägerring auf, an dem radial außen Kontaktelemente angeordnet sind. Der Trägerring ist in axialer Richtung auf die Stirnseite des Stators aufschiebbar.
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Er zeichnet sich dadurch aus, dass die Kontaktelemente in am Trägerring angeformte Aufnahmetaschen aufgenommen sind, die Einschnitte aufweisen. Die Einschnitte sind zur Aufnahme von Drahtenden von Verschaltungsdrähten vorgesehen, wobei die Verschaltungsdrähte zum elektrischen Verbinden einzelner der Kontaktelemente miteinander vorgesehen sind.
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Dadurch können die Verschaltungsdrähte vor dem Aufsetzen des Verschaltungsringes auf den Stator mit ihren Drahtenden entsprechend dem Wickelschema in die Einschnitte der Aufnahmetaschen eingelegt werden. Da die Aufnahmetaschen zur Aufnahme von Kontaktelementen dienen, über die die Wicklungsdrähte des Stators mit den Verschaltungsdrähten elektrisch verbunden werden, ist eine Verschaltung der Wicklungsdrähte des Stators so schnell und einfach möglich.
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Zum Einschieben der Verschaltungsdrähte in die Einschnitte werden diese quer zur axialen Richtung angeordnet und in axialer Richtung verschoben. Das ist auch automatisiert möglich.
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Die Verschaltungsdrähte sind dann bevorzugt in einem Aufnahmeraum angeordnet, der durch den Trägerring und die Aufnahmetaschen begrenzt ist. Vorzugsweise liegen sie dann am Trägerring an. In einem montierten Zustand, in dem der Verschaltungsring an der Stirnseite des Stators angeordnet ist, sind sie dadurch nach außen hin geschützt.
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Ein Verschweißen oder Verlöten der Verschaltungsdrähte mit den Wicklungsdrähten kann dabei vermieden werden. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verschaltungsdrähte und die Kontaktelemente aus den Aufnahmetaschen entfernbar sind. Dadurch ist der Verschaltungsring wieder verwendbar. Ein Umsetzen der Verschaltungsdrähte ermöglicht außerdem ein Verschalten desselben oder eines anderen Stators mit dem Verschaltungsring nach einem anderen Wickelschema.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Aufnahmetaschen in radialer Richtung in zumindest zwei Reihen angeordnet. Dadurch ist der Bauraumbedarf für die Kontaktelemente gering. Weiterhin ermöglicht diese Anordnung eine Vielzahl von Verschaltungsvarianten.
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Die Aufnahmetaschen sind dabei bevorzugt zueinander versetzt angeordnet. Dadurch behindern sich die in die benachbarten Aufnahmetaschen eingelegten Verschaltungsdrähte nicht.
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Zur Vereinfachung des Aufbaus des Verschaltungsrings sind die Aufnahmetaschen weiterhin bevorzugt paarweise gruppiert angeordnet. Dabei ist es bevorzugt, dass jeweils ein Paar von Aufnahmetaschen über einen Verbindungssteg mit dem Trägerring verbunden ist. Dabei erstrecken sich die Verbindungsstege bevorzugt von einem Kreisringabschnitt des Trägerrings etwa radial nach außen. Dadurch ist das Aufsetzen des Verschaltungsrings auf eine Stirnseite des Stators schnell und einfach möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktelemente als Schneidkontakte ausgebildet. Vorzugsweise weisen sie axial zu einer Drehachse des Trägerrings verlaufende Schneidschlitze zur Aufnahme der Drahtenden der Verschaltungsdrähte auf. Aufgrund der Ausbildung der Kontaktelemente als Schneidkontakte müssen die Verschaltungsdrähte und/oder die Wicklungsdrähte nicht abisoliert werden. Dadurch ist das Verschalten sehr schnell und einfach, insbesondere ohne ein Verschweißen, Verkrimpen oder Verlöten der Verschaltungsdrähte und/oder der Wicklungsdrähte, möglich.
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Die Kontaktelemente sind dabei bevorzugt als Doppelschneidkontakte ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei ein erster Schneidkontakt in einer der Aufnahmetaschen am Trägerring aufgenommen. Weiterhin bevorzugt ist dabei ein zweiter Schneidkontakt in eine auf einer Stirnseite des Stators angeformte Aufnahme einsteckbar. Besonders bevorzugt sind die Kontaktelemente H-förmig ausgebildet. Die ersten Schneidkontakte können daher für die Verschaltungsdrähte, und die zweiten Schneidkontakte für die Wicklungsdrähte verwendet werden.
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Die Kontaktelemente sind bevorzugt in die Aufnahmetaschen einsteckbar. Vorzugsweise werden sie dafür in axialer Richtung in die Aufnahmetaschen eingeschoben. Auch dies ist automatisiert möglich.
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Zur sicheren Verankerung der Kontaktelemente in den Aufnahmetaschen weisen diese bevorzugt Form- und/oder Kraftschlussmittel auf. Die Form- und/oder Kraftschlussmittel sind bevorzugt als hakenförmige Anformungen an den Außenrändern der Kontaktelemente ausgebildet. Bei einem Eindrücken der Kontaktelemente in die Aufnahmetaschen, insbesondere in axialer Richtung, verankern sich diese dadurch in den Aufnahmetaschen. Dadurch lösen sie sich nicht selbsttätig aus diesen.
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Es ist aber bevorzugt, dass die Kontaktelemente durch Zug, insbesondere gegen die axiale Richtung, wieder aus den Aufnahmetaschen lösbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zudem vorgesehen, dass sich die in die Einschnitte eingelegten Verschaltungsdrähte zumindest teilweise in radialer Richtung innerhalb eines durch die Aufnahmetaschen gebildeten Kreisrings erstrecken. Dadurch ist das Wickelschema für einen Monteur leicht erkennbar und überprüfbar.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Kontaktelement für einen solchen Verschaltungsring. Das Kontaktelement weist bevorzugt zwei Schneidkontakte auf, die zum elektrischen Verbinden des Kontaktelementes mit einem Verschaltungsdraht und/oder einem Wicklungsdraht vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform sind ein erster Schneidkontakt des Kontaktelementes für den Verschaltungsdraht, und ein zweiter Schneidkontakt des Kontaktelementes für den Wicklungsdraht vorgesehen. Vorzugsweise sind die Schneidkontakte übereinander angeordnet. Das Kontaktelement ist dafür besonders bevorzugt h-förmig ausgebildet. Dadurch ist es in axialer Richtung in den Verschaltungsring, insbesondere automatisiert, einschiebbar.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Verschalten eines Stators nach einem Wickelschema mit einem solchen Verschaltungsring. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- – Einlegen von Drahtenden der Wicklungsdrähte von Statorwicklungen eines Stators in Einlegebuchten von Aufnahmen, die radial außen an einer Stirnfläche des Stators vorgesehen sind,
- – Einsetzen von Verschaltungsdrähten entsprechend einem Wickelschema des Stators in einen Verschaltungsring, wobei die Drahtenden der Verschaltungsdrähte in Einschnitte von Aufnahmetaschen des Verschaltungsrings eingelegt werden,
- – Einschieben von Kontaktelementen in die Aufnahmetaschen des Verschaltungsrings, so dass diese die Drahtenden der Verschaltungsdrähte elektrisch leitend kontaktieren, und
- – Aufsetzen des Verschaltungsrings auf den Stator, wobei die Kontaktelemente in die Statoraufnahmetaschen des Stators eingeschoben werden und dabei die Wicklungsenden der Wicklungsdrähte elektrisch kontaktieren.
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Das Verfahren erfordert keine Schweißprozesse und kein Abisolieren der Verschaltungsdrähte und/oder der Wicklungsdrähte. Es ermöglicht in einfacher Weise eine Wiederverwendung des Verschaltungsrings, oder ein neues Verschalten des Stators nach einem alternativen Wickelschema. Es ist sehr schnell und kostengünstig sowie maschinell ausführbar.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verschaltungsrings,
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2 eine perspektivische Ansicht eines Details des in 1 gezeigten Verschaltungsrings,
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3 eine perspektivische Ansicht von in Aufnahmetaschen des Verschaltungsrings eingesetzten Kontaktelementen,
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4 eine perspektivische Ansicht eines auf einen Stator aufgesetzen Verschaltungsrings,
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5 eine perspektivische Ansicht eines Details des auf den Stator montierten Verschaltungsrings und
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6 eine Draufsicht auf einen Stator.
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1 zeigt einen Verschaltungsring 1, der zum Verschalten von Wicklungsdrähten 15 eines Stators 12 nach einem Wickelschema vorgesehen ist.
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Der Verschaltungsring 1 ist auf eine Stirnseite des Stators 12 in eine axiale Richtung aufschiebbar. Den auf den Stator 12 aufgeschobenen Verschaltungsring 1 zeigen die 4 und 6.
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Der Verschaltungsring 1 erstreckt sich konzentrisch um eine Erstreckungsachse 4. Er ist aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff, hergestellt, insbesondere gegossen.
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Der Verschaltungsring 1 weist einen ringförmigen Trägerring 13 auf. Der Trägerring 13 weist eine zentrale Öffnung 11 auf, die von einer Welle durchsetzt sein kann. An dem Trägerring 13 sind radial außen Aufnahmetaschen 15 angeformt.
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Die Aufnahmetaschen 15 weisen Aufnahmen 19 zur Aufnahme von Kontaktelementen 2 auf. Zudem weisen sie Einschnitte 18 auf. Die Aufnahmetaschen sind zum Einlegen von Drahtenden 61 der Wicklungsdrähte 6 oder von Drahtenden 31 von Verschaltungsdrähten 3 vorgesehen. Die Einschnitte 8 erstrecken sich hier durch gegenüberliegende Seitenwände (nicht bezeichnet) jeder der Aufnahmetaschen 15. Dadurch ist es möglich, dass Drahtenden 31 der Verschaltungsdrähte 3 sich nach radial außen und über die Aufnahmetaschen 15 hinaus erstrecken. Dies vereinfacht das Einlegen der Verschaltungsdrähte 3 und ermöglicht ein nachträgliches Ablängen der Verschaltungsdrähte 3. Denkbar ist es prinzipiell auch, an die Drahtenden 31 der Verschaltungsdrähte 3 weitere Bauelemente anzuschließen.
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Die Aufnahmetaschen 15 sind in Taschenpaaren 16 gruppiert und radial außen am Trägerring 13 angeordnet. Die jeweils aus zwei Aufnahmetaschen 15 gebildeten Taschenpaare 16 sind in einer radialen Richtung 42 der Erstreckungsachse 4 aneinander angrenzend ausgebildet. Zudem sind sie in Umfangsrichtung 41 zueinander versetzt. Dadurch sind sie in zwei Reihen angeordnet 121, 122.
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Zwischen den Taschenpaaren 16 sind Aussparungen 17 vorgesehen. Dadurch sind die Taschenpaare 16 jeweils über einen Verbindungssteg 14 mit dem Trägerring 13 verbunden. In Umfangsrichtung 41 der Erstreckungsachse 4 ist daher ein Spiel zwischen den Taschenpaaren 16 vorgesehen, das einen Toleranzausgleich ermöglicht. Beim Aufschieben des Verschaltungsrings 1 auf den Stator 5 können die Aufnahmetaschen 15 daher in Richtung der Aussparungen 17 ausweichen. Das Aufschieben des Verschaltungsrings 1 auf einen Stator 5 (s. 4) wird dadurch vereinfacht.
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Die Kontaktelemente 2 sind zum elektrischen Verbinden der Wicklungsdrähte 6 der Statorwicklungen 56 des Stators 5 mit Verschaltungsdrähten 3 vorgesehen. Mit Hilfe der Verschaltungsdrähte 3 werden die Wicklungsdrähte 6 der Statorwicklungen 56 nach dem Wickelschema elektrisch miteinander verbunden.
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Dafür sind die Kontaktelemente 2 als Schneidkontakte 2A, 2B mit Schneidschlitzen 10 ausgebildet. Dies zeigt 3. Die Schneidschlitze 10 erstrecken sich in einem in den Verschaltungsring 1 eingesteckten Zustand axial zur Erstreckungsachse 4 des Verschaltungsrings 1.
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Die Kontaktelemente 2 sind symmetrisch zu einer ersten fiktiven Symmetrielinie 91, die sich in Richtung der Schneidschlitze 10 erstreckt, ausgebildet. Sie weisen jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordnete Schneidkontakte 2A, 2B auf. Die Schneidkontakte 2A, 2B sind symmetrisch zu einer zweiten fiktiven Symmetrielinie 92, die sich quer zur ersten fiktiven Symmetrielinie 91 erstreckt, ausgebildet. Daher sind die Kontaktelemente 2 H-förmig ausgebildet. Sie sind daher als Doppelschneidkontakte ausgebildet. Sie sind beispielsweise kostengünstig als Stanzteile aus einem Bandmaterial, insbesondere einem Blech, herstellbar.
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Die Schneidkontakte 2A, 2B sind zur Aufnahme von Drahtenden 31, 61 der Verschaltungsdrähte 3 und/oder der Wicklungsdrähte 6 ausgebildet. Beim Einschieben der Drahtenden 31, 61 in die Schneidschlitze 10 wird die Isolierung der Drähte 3, 6 eingeschnitten, so dass die Leitungen (nicht bezeichnet) der Drähte 3, 6 die Schneidkontakte 2A, 2B elektrisch kontaktieren. Mittels der Schneidkontakte 2A, 2B ist daher in einfacher Weise ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen 2 und den Verschaltungsdrähten 3 und/oder Wicklungsdrähten 6 erreichbar.
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Die Kontaktelemente 2 weisen zur Verankerung in den Aufnahmetaschen 15 und/oder in Statoraufnahmetaschen 53, die an einer Stirnseite des Stators 5 vorgesehen sind, Form- und/oder Kraftschlussmittel 22 auf. Die Form- und/oder Kraftschlussmittel 22 sind hier als hakenförmige Anformungen an Außenrändern (nicht bezeichnet) der Kontaktelemente 2 ausgebildet. Denkbar sind auch andere Ausgestaltungen der Form- und/oder Kraftschlussmittel 22, beispielsweise eine Anrauhung der Außenränder der Kontaktelemente 2 oder Hinterschnitte, die mit Nasen der Aufnahmetaschen 15 oder Statoraufnahmetaschen 53 zusammenwirken.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verschaltungsring 1. Dargestellt sind zwei Taschenpaare 16 mit jeweils zwei Aufnahmetaschen 15, wobei in die Aufnahmetaschen 15 des einen der beiden Taschenpaare 16 jeweils ein Kontaktelement 2 eingesteckt ist.
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Sichtbar ist, dass jeweils einer der Schneidkontakte 2B der Kontaktelemente 2 in die Aufnahmetaschen 15 aufgenommen ist, während der andere der beiden Schneidkontakte 2A aus der Aufnahmetasche 15 herausragt. Dieser andere Schneidkontakt 2A der Kontaktelemente 2 ist zum elektrischen Kontaktieren eines Wicklungsdrahtes 6 einer Statorwicklung 61 des Stators 5 vorgesehen.
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In 2 ist in einen Einschnitt 18 einer der Aufnahmetaschen 15 ein Verschaltungsdraht 3 eingelegt. Eines der Kontaktelemente 2 ist in diese Aufnahmetasche 15 eingesteckt. Der Verschaltungsdraht 3 ist daher in den Schneidschlitz 21 des in die Aufnahme 19 dieser Aufnahmetasche 15 aufgenommenen Schneidkontaktes 2 eingedrückt. Seine Isolierung ist dabei eingeschnitten. Daher kontaktiert dieser Verschaltungsdraht 3 das Kontaktelement 2 elektrisch leitend.
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4 zeigt einen Stator 5 mit dem auf den Stator 5 aufgeschobenen Verschaltungsring 1. Es handelt sich um einen segmentierten Stator 5, der aus Statorsegmenten 51 gebildet ist, die jeweils eine oder zwei Statorwicklungen 56 tragen. Die Statorsegmente 51 werden dafür kreisringförmig zueinander angeordnet, und beispielsweise durch ein ringförmiges Verbindungselement (nicht gezeigt) oder durch stoffschlüssiges Fügen, beispielsweise durch einen (Kunststoff-)Spritzguss, miteinander verbunden.
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Der Stator 5 erstreckt sich ohne den aufgeschobenen Verschaltungsring 1 von einem ersten Ende 501 zu einem zweiten Ende 502. An seinen Enden 501, 502 weist er Stirnseiten (nicht bezeichnet) auf. Als Stirnseiten sind hier die sich quer zur axialen Richtung 41 erstreckenden Außenseiten des Stators 5 bezeichnet.
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An den gegenüberliegenden Enden 501, 502 des Stators 5 weist dieser jeweils eine Statormaske 521, 522 auf. Die Statormasken 521, 522 können ein Bestandteil des Verbindungsrings sein, oder beim stoffschlüssigen Zusammenfügen der Statorsegmente 51 an den Stator 5 angeformt werden. Sie bilden die Stirnseiten des Stators 5.
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In den Statormasken 521, 522 sind jeweils die Statoraufnahmetaschen 53 vorgesehen, die zur Aufnahme der Kontaktelemente 2 vorgesehen sind. Die Statoraufnahmetaschen 53 sind korrespondierend zu den Aufnahmetaschen 15 des Verschaltungsrings 1 ausgebildet und angeordnet. Sie weisen daher ebenfalls Einlegebuchten 54 auf, in die Wicklungsdrahtenden 61 der Wicklungsdrähte 6 der Statorwicklungen 56 einlegbar sind.
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Zum Verschalten der Statorwicklungen 56 nach dem Wickelschema werden die Verschaltungsdrähte 3 in einen durch den Trägerring 13 und die Aufnahmetaschen 15 begrenzten Aufnahmeraum 10 des Verschaltungsrings 1 verlegt. Dabei werden sie so gebogen, dass sie nicht in die zentrale Öffnung 11 des Trägerrings 13 hinein ragen oder vorstehen. Dadurch behindern sie eine Welle (nicht gezeigt) eines in dem Stator 5 angeordneten Rotors (nicht gezeigt) nicht.
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Die Drahtenden 31 der Verschaltungsdrähte 3 werden dabei in die Einschnitte 18 der Aufnahmetaschen 15 eingelegt. Anschließend werden die Kontaktelemente 2 in die Aufnahmetaschen 15 eingesteckt, so dass sie die Verschaltungsdrähte 3 elektrisch leitend kontaktieren. Ein Abisolieren der Verschaltungsdrähte 3 ist daher nicht erforderlich.
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Statorseitig werden die Wicklungsenden 61 der Wicklungsdrähte 6 in die Einlegebuchten 54 der Statoraufnahmetaschen 53 eingelegt. Diese sind radial außen jeweils an einer der Stirnflächen des Stators 5 angeordnet.
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Dann wird der bestückte Verschaltungsring 1 auf den Stator 5 aufgesetzt. Die Statoraufnahmetaschen 53 sind dabei fluchtend zu den Aufnahmetaschen 15 angeordnet. Beim Aufschieben des Verschaltungsrings 1 werden die Kontaktelemente 2 daher in die Statoraufnahmetaschen 53 des Stators 5 eingeschoben, so dass sie die Isolierungen der Wicklungsdrähte 6 einschneiden und die elektrischen Leitungen der Wicklungsdrähte 6 elektrisch kontaktieren.
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Da die Kontaktelemente 2 H-förmig ausgebildet sind, ist dann jeweils der erste Schneidkontakt 2A in eine der Aufnahmetaschen 15 des Verschaltungsrings 1 aufgenommen, während der zweite Schneidkontakt 2B in eine Statoraufnahmetasche 53 aufgenommen ist. Dies zeigt 5 in einem vergrößerten Ausschnitt.
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Das Verschalten eines Stators 5 nach dem vorgegebenen Wickelschema kann mit dem Verschaltungsring 1 daher in einfacher Weise sehr schnell erfolgen. Es ist auch automatisiert möglich. Aufgrund der Zuordnung von jeweils einem Taschenpaar 16 mit zwei Aufnahmetaschen 15 für jeden der Statorwicklungen 56 sowie aufgrund der zweireihigen Anordnung der Aufnahmetaschen 15 radial außen ist eine sehr übersichtliche Verschaltung möglich, die einem Monteur eine schnelle Fehlererkennung und -korrektur ermöglicht.
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Als Verschaltungsdrähte 3 eignen sich herkömmliche gelackte oder mit einer Kunststoffisolierung oder einer anderen Isolierung ausgebildete Drahtleiter. Bevorzugt sind dabei Rundleiter. Die Verschaltung ist aber auch mit Flachleitern möglich.
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In 6 sind zudem schematisch Doppelkonnektoren 7 (Jumper) gezeigt, mit denen eine elektrische Verbindung benachbarter oder zueinander versetzter Kontaktelemente 2 herstellbar ist. Die Doppelkonnektoren 7 werden dafür auf die Kontaktelemente 2 aufgesteckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054529 A1 [0002]
