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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verschaltungsvorrichtung eines Stators für eine elektrische Maschine, sowie auf eine elektrische Maschine und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verschaltungsvorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Mit der
US 20120126646 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei der verschiedene Statorspulen mit deren Drahtenden jeweils mit Kontaktelementen einer Verschaltungsplatte verbunden sind. Die Verschaltungsplatte hat drei Steckerpins, die jeweils mit Drahtlitzen mit einem Steckerbauteil der elektrischen Maschine verbunden sind. Bei dieser Ausführung ist eine sehr aufwändige Verschaltungsplatte notwendig, bei der viele verschiedene Stanzteile in die Verschaltungsplatte eingefügt werden müssen um den Kontakt zu den drei Anschlusssteckern herzustellen. Durch die nachträgliche Montage der Drahtlitzen auf die Anschlussstecker kann beispielsweise keine Elektronikeinheit mittels blinder Montage direkt auf die Anschlussstecker der Verschaltungsplatte aufgesteckt werden. Dadurch wird der Montageprozess der elektrischen Maschine recht aufwändig und die elektrische Kontaktierung der elektrischen Maschine wird mittels der Drahtlitzen radial außerhalb der Verschaltungsplatte realisiert.
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Mit der unveröffentlichten
DE1020152000931 ist eine elektrische Maschine bekannt geworden, bei der eine Verschaltungsplatte axial auf einen bewickelten Statorgrundkörper aufgesetzt ist. Auf der Verschaltungsplatte sind Leiterelemente als Biegestanzteile befestigt, die einstückig ausgebildet sind und die Spulendrähte mit Anschluss-Steckern verbinden, die eine definierte Schnittstelle für eine kundenspezifische elektrische Kontaktierung bilden. Nachteilig bei der Verwendung solcher einstückiger Leiterelemente ist, dass beim Verschweißen der Leiterelemente mit den Spulendrähten aufgrund der plastischen Verformung der Schweißhaken und dem Wärmeeintrag mechanische Verspannungen des Leiterelements auftreten, die die vorgegebene Position der Anschluss-Stecker verändert. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Montage der kundenspezifischen Verbindungsstecker, die beispielsweise als Schneidklemmverbindung ausgebildet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Verschaltungsvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass durch die bauliche Trennung des Schweißhaken-Bauteils vom Anschluss-Stecker beim Anschweißen der Verbindungsdrähte der Spulen der Anschluss-Stecker durch den Wärmeeintrag nicht dejustiert werden kann. Der Anschluss-Stecker bleibt hingegen völlig unverändert in dem Kunststoffkörper der Verschaltungsplatte positioniert, so dass diese Anschluss-Stecker sehr zuverlässig blind in entsprechende elektrische Gegenelemente gefügt werden können, wenn beispielsweise eine Elektronikeinheit axial auf die Verschaltungsplatte aufgesetzt wird. Durch die Verbindung über die flexible Litze, die entweder vor oder nach dem Festschweißen der Spulendrähte zwischen dem Schweißhaken und dem Anschluss-Stecker befestigt wird, kann der Schweißhaken durch eine Art mechanischer Entkopplung (d.h. keine starre Verbindung) zum Anschluss-Stecker deutlich mehr Positionstoleranz und beliebig viel Wärme vom Schweißprozess aufnehmen ohne dass dies die Positionierung des Anschluss-Steckers beeinflusst.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführungen möglich. Durch die mechanische Entkopplung des Schweißhaken-Bauteils vom Anschluss-Stecker kann das Schweißhaken-Bauteil als Biegestanzteil ausgeführt werden, das optimal an den Schweißvorgang mit dem Verbindungsdraht der Teilspulen ausgelegt ist. Dabei weist das Schweißhaken-Bauteil bevorzugt eine Auflagefläche auf, mit dem dieses axial am Kunststoffkörper der Verschaltungsplatte anliegt. Durch die mechanische Trennung von dem Anschluss-Stecker können alle Schweißhaken-Bauteile identisch ausgebildet werden, und jeweils nur die Länge der flexiblen Litze an die entsprechende Position der Anschluss-Stecker angepasst werden.
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Zur Befestigung der Schweißhaken-Bauteile sind an der Anlagefläche Befestigungslaschen angeformt, die mit entsprechenden Gegenelementen im Kunststoffkörper zusammenwirken. Beispielweise verkrallen sich Rastlaschen direkt in axialen Vertiefungen, in die die Rastlaschen axial eingreifen.
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In einer weiteren Ausführung weist die Anlagefläche einen durchgehenden axialen Durchbruch auf, mit dem das Schweißhaken-Bauteil auf einen Nietstift aufgesteckt wird, der einstückig mit dem Kunststoffkörper ausgeformt ist. Zur sicheren Befestigung des Schweißhaken-Bauteils wird das freie Ende des Nietstifts danach mittels Wärmeeintrag plastisch umgeformt, so dass sich ein Nietkopf ausbildet, der die Anlagefläche gegen die Verschaltungsplatte presst.
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Besonders vorteilhaft ist der Durchbruch der Kontaktfläche in der kontaktplatte schlitzförmig ausgebildet, so dass sich das Schweißhaken-Bauteil in radialer Richtung des Stators in einer radialen Linie zum Schweißhaken hin verschieben lässt. Dabei ist der Schlitz breit genug, dass der Nietstift hindurchgreifen kann. Durch diese schlitzförmige Ausbildung des Durchbruchs der Kontaktplatte kann sich das Schweißhaken-Bauteil beim Schweißprozess beispielsweise durch das Umformen des Schweißhakens selbst justieren, indem die Kontaktfläche radial zum Nietstift und gegebenenfalls durch eine Rotation um den Nietstift ihre Position beim Schweißvorgang anpasst.
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Da auch das Anschluss-Stecker-Bauteil mechanisch getrennt vom Schweißhaken-Bauteil ausgebildet ist, können die Anschluss-Stecker-Bauteile auch alle identisch ausgebildet werden, wodurch die Teilevielfalt der Einlegeteile in der Verschaltungsplatte deutlich reduziert wird. Wiederum kann das Material und die Blechdicke des als Stanzteil ausgebildeten Anschluss-Stecker-Bauteils beispielsweise optimal für eine Schneidklemmverbindung ausgelegt werden, die am axial abstehenden Ende des Anschluss-Stecker-Bauteils ausgeformt ist. Durch die mechanische Trennung des Schweißhaken-Bauteils vom Anschluss-Stecker-Bauteil können für die jeweiligen Bauteile sowohl unterschiedliche Materialien, als unterschiedliche Blechdicken und/oder unterschiedliche Materialbeschichtungen verwendet werden. Ebenso werden dadurch mechanische Spannungen auf die Schneid-Klemm-Verbindung vermieden, so dass diese höhere Erschütterungen aushalten kann und eine längere Lebensdauer aufweist.
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Ist das Anschluss-Stecker-Bauteil als axiale Blechlasche ausgebildet, kann diese besonders einfach axial in ein Halteelement eingesteckt werden, das am Kunststoffkörper der Verschaltungsplatte angeformt ist. Dabei weist das Halteelement beispielsweise einen axialen Schacht auf, in das das Anschluss-Stecker-Bauteil eingepresst werden kann. Zur axialen Abstützung des Anschluss-Steckers weist das Anschluss-Stecker-Bauteil Querstege auf, die sich an entsprechenden axialen Anschlägen des Halteelements abstützen. An den axialen freien Enden der Anschluss-Stecker-Bauteile sind gabelförmige Schneidklemmen ausgeformt, in die korrespondierende Flachkontakte eine Elektronikeinheit oder eines Anschluss-Steckers axial eingefügt werden können. An dem der Verschaltungsplatte zugewandten Ende der Anschluss-Stecker-Bauteile sind vorteilhafterweise Klemmen oder Rastelemente angeformt, die sich im Halteelement verklemmen oder verrasten.
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Durch die Verbindung des Anschluss-Stecker-Bauteils mit der Kontaktplatte des Schweißhaken-Bauteils kann einerseits eine zuverlässige elektrische Kontaktierung erzeugt werden, und andererseits eine Übertragung von Spannungen zwischen den beiden Bauteilen verhindert werden. Außerdem kann die Länge der flexiblen Litze sehr einfach variiert werden, um unterschiedliche Abstände zwischen dem Schweißhaken-Bauteil und dem Anschluss-Stecker-Bauteil zu überbrücken. Dabei wird die elektrisch leitende Litze bevorzugt an die beiden Bauteile angelötet oder angeschweißt, um einen dauerhaft zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten.
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Die flexible Litze besteht vorteilhaft aus vielen einzelnen dünnen Metalldrähten, die miteinander verwoben oder verdreht sind. Dabei eignen sich besonders Kupferdrähte, da diese sehr leicht biegbar sind und den elektrischen Strom besonders gut leiten. Die Litzen sind dabei axial über dem Kunststoffring der Verschaltungsplatte angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung des Stators.
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Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist der Stator derart bewickelt, dass zwei unmittelbar benachbarte Statorzähne mit jeweils genau einer Teilspule bewickelt sind, die mittels eines durchgewickelten Wicklungsdrahts ein Teilspulen-Paar bilden. Der Verbindungsdraht dieser unmittelbar benachbart angeordneten Teilspulen wird für alle Teilspulen-Paare in der gleichen axialen Ebene der Isolierlamelle geführt. Bei einem zwölfzähnigen Stator können so beispielsweise sechs Teilspulen-Paare mit jeweils sechs kurzen Verbindungsdrähten ausgebildet werden, wobei diese sechs kurzen Verbindungsdrähte jeweils die Schnittstelle zu den Schweißhaken bilden. Dadurch können in einfacherweise wahlweise sechs separate Phasen mit jeweils einem TeilspulenPaar oder nur drei Phasen mit jeweils zwei elektrisch miteinander verbundenen Teilspulen-Paaren gebildet werden. Entsprechend können in der Verschaltungsplatte sechs Anschluss-Stecker für sechs Phase oder nur drei Anschluss-Stecker für drei Phasen in Axialrichtung ausgeformt werden. Dabei sind bei nur drei Anschluss-Steckern bei beispielsweise sechs Teilspulen-Paare jeweils zwei Litzen mit einem einzigen Anschluss-Stecker-Bauteil verbunden. Die Verbindungsdrähte zwischen den einzelnen Teilspulen werden in Umfangsrichtung in Führungselementen der Isoliermaske des Stators geführt. Der Schweißhaken umgreift dabei die Verbindungsdrähte an Umfangsabschnitten, in denen die Führungselemente Aussparungen aufweisen, so dass hier der Verbindungsdraht frei geführt wird, ohne dass er irgendwo anliegt. Dadurch kann der Schweißhaken den Verbindungsdraht vollständig umschließen und aufgrund des freien Bauraums können die Elektroden den Schweißhaken sowohl radial von innen als auch radial von außen kontaktieren.
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Besonders vorteilhaft wird die Verschaltungsvorrichtung hergestellt, indem zuerst die ringförmige Verschaltungsplatte als Kunststoff-Spritzgussteil hergestellt wird, wobei daran sowohl die Halteelemente für die Anschluss-Stecker-Bauteile als auch die Nietstifte axial angeformt sind. In einem separaten Fertigungsschritt werden dann die Schweißhaken-Bauteile auf die Nietstifte axial aufgeschoben und danach die Nietköpfe plastisch umgeformt, um die Schweißhaken-Bauteile fest auf der Verschaltungsplatte zu fixieren.
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Da beim Verschweißen der Schweißhaken mit den Verbindungsdrähten der Spulen sehr viel Wärme in die Schweißhaken-Bauteile zugeführt wird, kann sich der Nietstift, bzw. der Nietkopf so stark erwärmen, dass sich das Schweißhaken-Bauteil gegenüber dem Nietstift leicht radial verschieben oder um den Nietstift drehen kann. Dadurch kann während des Schweißprozesses das Schweißhaken-Bauteil seine Position leicht verändern, so dass keine Spannungen zwischen der Schweißverbindung und dem Nietstift auftreten. Nach dem Abkühlen des Schweißhaken-Bauteils und des Nietstiftes ist das Schweißhaken-Bauteil anschließend wieder fest gegenüber dem Kunststoffring fixiert.
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Das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren eignet sich besonders für einen Stator, bei dem die einzelnen Teilspulen vorzugsweise mittels Nadelwickeln mit einem durchgehenden Draht durchgewickelt werden. Dabei können die Statornuten beispielsweise auch schräg zur Axialrichtung verlaufen. Da die Verbindungsdrähte zwischen den einzelnen Teilspulen auf der Isolierlamelle des Stators in Umfangsrichtung geführt werden, können diese leicht von den Schweißhaken umfasst werden, die auf der Verschaltungsplatte befestigt sind.
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Fertigungstechnisch ist es besonders günstig, die flexible Litze an das Schweißhaken-Bauteil und das Anschluss-Stecker-Bauteil stoffschlüssig zu verbinden, bevor diese vorgefertigte Baueinheit auf den Kunststoffring des Statorkörpers aufgesetzt wird. Dadurch entfällt der Wärmeeintrag in die Bauteile durch das Anschweißen der Litze in eingebautem Zustand. Die vormontierte Baueinheit wird derart auf der Verschaltungsplatte befestigt, dass das Schweißhaken-Bauteil axial auf den Nietstift aufgeschoben und das Anschluss-Stecker-Bauteil axial in das entsprechende Halteelement eingesteckt wird. In einer alternativen Ausführung ist es jedoch auch möglich, die beiden Bauteile separat voneinander zuerst an der Verschaltungsplatte zu befestigen und diese anschließend mit der flexiblen Litze zu verbinden. Nach dem Verschweißen des Schweißhakens mit dem Verbindungsdraht der Teilspulen kann dann eine Elektronikeinheit oder ein Stecker-Bauteil axial auf die Anschluss-Stecker gefügt werden, wobei diese durch das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren besonders exakt positioniert werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine
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2 schematisch eine vorgefertigte erfinderische Baueinheit zu Montage auf die Verschaltungsplatte, und
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schweißhaken-Bauteils.
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In 1 ist ein Stators 10 einer elektrischen Maschine 12 gezeigt. Der Stator 10 weist einen Statorkörper 34 auf, der beispielsweise aus einzelnen Blechlamellen 36 zusammengesetzt ist. Der Statorkörper 34 umfasst dabei ein ringförmiges geschlossenes Rückschlussjoch 38, an dem radial nach innen die Statorzähne 14 angeformt sind. Im Inneren weist der Stator 10 eine kreisförmige Aussparung 37 auf, in die ein nicht dargestellter Rotor einfügbar ist. Die Statorzähne 14 erstrecken sich in Radialrichtung 4 nach innen und in Axialrichtung 3 entlang der Rotorachse. Im Ausführungsbeispiel sind die Statorzähne 14 in Umfangsrichtung 2 verschränkt ausgebildet, um das Rastmoment des Rotors zu verringern. Hierzu werden beispielsweise die Blechlamellen 36 in Umfangsrichtung 2 entsprechend gegeneinander verdreht. An den axialen Stirnseiten des Statorkörpers 34 werden Isolierlamellen 40 aufgesetzt, um die ein Wicklungsdraht 22 zur Ausbildung von Teilspulen 18 der Wicklung 16 gewickelt wird. Zumindest eine der beiden Isolierlamellen 40 weist einen ringförmig geschlossenen Umfang 41 auf, von dem sich in Radialrichtung 4 Isolatorzähne erstrecken, die die Stirnseiten der Statorzähne 14 bedecken. Am ringförmigen Umfang 41 der Isolierlamelle 40 sind Führungselemente 44 ausgebildet, in denen Verbindungsdrähte 31 zwischen den Teilspulen 18 geführt werden. Hierzu sind beispielsweise am Umfang 41 Rillen 45 in Umfangsrichtung 2 ausgebildet, so dass die Verbindungsdrähte 31 in axial versetzten Ebenen angeordnet sind, um ein Überkreuzen der Verbindungsdrähte 31 zu verhindern. Dabei sind die kurzen Verbindungsdrähte 31 zwischen zwei unmittelbar benachbarten Teilspulen 18, die ein Teilspulen-Paar 17 bilden, in der obersten axialen Ebene angeordnet, wobei insbesondere alle Verbindungsdrähte 31 der Teilspulen-Paare 17 für die Kontaktierung von Phasenanschlüssen alle in der gleichen axialen Ebene verlaufen. Hierzu sind immer zwischen zwei Teilspulen 18 eines Teilspulen-Paares 17 zwei axiale Fortsätze 46 an der Isolierlamelle 40 ausgebildet, die durch einen dazwischenliegenden radialen Durchbruch 47 voneinander getrennt sind. Somit sind die kurzen Verbindungsdrähte 31 der Teilspulen-Paare 17 von allen Seiten frei zugänglich und liegen insbesondere im Bereich des radialen Durchbruches 47 nicht an der Isolierlamelle 40 an. Wird die elektrische Wicklung 16 aus mehreren einzelnen Wicklungsdrähten 22 gebildet (für mehrere separate Wicklungsstränge), kann ein Drahtanfang eines ersten Wicklungsstrangs über den Umfangsbereich des radialen Durchbruchs 47 parallel und unmittelbar benachbart zum Drahtende des ersten Wicklungsstrangs verlaufen. Durch diese parallele Anordnung zweier kurzer Verbindungsdrähte 31 können diese in gleicher Weise wie die Verbindungsdrähte 31 der durchgewickelten Teilspulen-Paare 17 zum Zwecke der Phasenansteuerung elektrisch kontaktiert werden. Auf die bewickelte Isolierlamelle 40 ist eine Verschaltungsplatte 52 aufgesetzt, mittels der die elektrische Wicklung 16 angesteuert wird. Hierfür weist die Verschaltungsplatte 52 Anschluss-Stecker 54 auf, auf die Verbindungs-Stecker 56 eines Steuergeräts oder eines Steckerbauteils gefügt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind genau sechs Anschluss-Stecker 54 angeordnet, die jeweils mit einem Teilspulen-Paar 17 der elektrischen Wicklung 16 elektrisch verbunden sind. Dabei werden sechs Phasen durch jeweils genau ein Teilspulen-Paar 17 gebildet, so dass die sechs Anschluss-Stecker 54 mit sechs Verbindungsdrähten 31 von benachbarten Teilspulen-Paaren 17 kontaktiert sind.
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Die Verschaltungsplatte 52 weist einen Kunststoffkörper 62 auf, der als geschlossener Ring 61 ausgebildet ist, durch den der Rotor in die Aussparung 37 des Stators 10 eingefügt werden kann. Auf dem Kunststoffkörper 62 sind Leiterelemente 58 angeordnet, die die Verbindungsdrähte 31 der Teilspulen 18 mit den Verbindungs-Steckern 56 verbinden. Ein einziges Leiterelement 58 umfasst jeweils ein Anschluss-Stecker-Bauteil 55, das separat von einem Schweißhaken-Bauteil 66 gefertigt ist, wobei beide nachträglich mittels einer beweglichen Litze 71 elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei sind am Kunststoffkörper 62 einstückig Halteelemente 63 für die Anschluss-Stecker 54 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 vom Statorkörper 34 weg erstrecken. Die Anschluss-Stecker 54 sind beispielsweise als Schneidklemmverbindungen 57 ausgebildet, die an ihrem freien axialen Ende 68 eine Kerbe 76 aufweisen, in die ein Draht oder ein Klemmelement des korrespondierenden Verbindungs-Stecker 56 der Elektronikeinheit oder des Steckerbauteils eingefügt werden kann. Am Anschluss-Stecker-Bauteil 55 ist des Weiteren ein Quersteg 70 in Radialrichtung 4 ausgebildet, der sich entsprechend an einem axialen Anschlag 72 des Halteelements 63 abstützt. Des Weiteren sind am Halteelement 63 eine erste Führungsfläche und eine zweite Führungsfläche ausgebildet, die den Anschluss-Stecker 54 in beide gegenüberliegenden Umfangsrichtungen 2 abstützen. Dadurch wird verhindert, dass die Anschluss-Stecker 54 beim Einfügen der Verbindungs-Stecker 56 in Umfangsrichtung 2 um- oder ausknicken, wodurch die axiale Toleranzen der Steckverbindung gewährleistet ist. Ebenso sind die Anschluss-Stecker-Bauteile 55 auch in beide Radialrichtungen 4 abgestützt, was bevorzugt durch eine axiale Aussparung 67 im Halteelement 63 realisiert ist. Dabei kann das Anschluss-Stecker-Bauteil 55 axial in die Aussparung 67 eingesteckt und mittels angeformten Klemm- oder Rastelementen 77 in der Aussparung 67 verspannt werden. Im Ausführungsbeispiel können beispielsweise immer zwei Anschluss-Stecker-Bauteile 55 in einem gemeinsamen Halteelement 63 angeordnet sein, wobei diese in Umfangsrichtung 2 durch einen Mittelsteg 82 des Halteelements 63 voneinander getrennt sind. Dabei bildet der Mittelsteg 82 beidseitig jeweils Führungsflächen für die jeweils anliegenden Anschluss-Stecker 54. Im Bereich der Halteelemente 63 sind – diesen axial gegenüberliegend – Abstandshalter 84 angeformt, die die Verschaltungsplatte 52 axial gegenüber dem Statorkörper 34 abstützten. Die Verschaltungsplatte 52 mit den montierten Leiterelementen 58 bildet eine Verschaltungsvorrichtung 11 für die elektrische Ansteuerung der elektrischen Wicklung 16.
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Die getrennt von den Anschluss-Stecker-Bauteilen 55 ausgebildeten Schweißhaken-Bauteile 66 sind unabhängig am Kunststoffkörper 62 befestigt, beispielsweise durch einen Formschluss und/oder mittels Rastelementen 88. So sind in 1 am Kunststoffkörper 62 axiale Nietstifte 79 angeformt, die durch axiale Durchbrüche 80 im Schweißhaken-Bauteil 66 greifen. Das Schweißhaken-Bauteil 66 liegt mit einer Kontaktfläche 86 axial am Kunststoffring 61 an und wird durch einen Nietkopf 81 formschlüssig auf der Verschaltungsplatte 52 befestigt. Mittels Wärme – insbesondere Ultraschall – können die Enden der Nietstifte 79 zu einem Nietkopf 81 umgeformt werden, der einen Formschluss mit den Schweißhaken-Bauteil 66 bildet. Am Schweißhaken-Bauteil 66 ist ein sich radial nach außen erstreckender Schweißhaken 60 angeformt, dessen radial äußeres Ende 65 als Schlinge 64 ausgebildet ist, die die Verbindungsdrähte 31 umschließt. Dabei ist die Schlinge 64 aus einem Blechmaterial gebildet, dessen Querschnitt näherungsweise rechteckig ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Schweißhaken-Bauteile 66 als Biegestanzteile aus Blech – beispielsweise Kupfer – gebildet. Zum Festscheißen des Schweißhakens 60 wird zur Ausbildung der Schlinge 64 deren radiales Ende 65 um den Verbindungsdraht 31 umgebogen. Nach dem Anordnen der offenen Schlinge 64 um den Verbindungsdraht 31 werden beispielsweise an beiden radial gegenüberliegenden Flächen der Schlinge 64 Elektroden angelegt, die in Radialrichtung 4 zusammengedrückt werden, während sie zum Verschweißen der Schlinge 64 mit dem Verbindungsdraht 31 bestromt werden. Hierbei wird der Isolierlack des Verbindungsdrahts 31 aufgeschmolzen, so dass es zu einer metallischen festen Verbindung zwischen dem Schweißhaken 60 und dem Verbindungsdraht 31 kommt. Die Schlinge 64 wird im Bereich des radialen Durchbruchs 47 um den Verbindungsdraht 31 gelegt, da in diesem Bereich kein Führungselement 44 zwischen dem Verbindungsdraht 31 und der Schlinge 64 angeordnet ist. Dadurch ist genügend Freiraum für das Anlegen der Elektroden vorhanden, so dass das radiale Ende 65 der Schlinge 64 gegen den Schweißhaken 60 gedrückt werden kann, wodurch die Schlinge 64 geschlossen wird. Dabei umschließt die Schlinge 64 je nach Teilspulen-Paar 17 nur einen einzigen Verbindungsdraht 31 oder gleichzeitig zwei parallel nebeneinander verlaufende Verbindungsdrähte 31, die aus dem Drahtanfang und dem Drahtende eines einzigen Wicklungsstrangs gebildet werden. Die flexible Litze 71 ist einerseits am Anschluss-Stecker-Bauteil 55 und andererseits am Schweißhaken-Bauteil 66 stoffschlüssig verbunden, bevorzugt angeschweißt. Dadurch wird verhindert, dass sich beim Festschweißen der Schweißhaken 60 an die Verbindungsdrähte 31 aufgrund der thermischen Ausdehnung mechanische Spannungen im Leiterelement 58 auf die Anschluss-Stecker 54 übertragen. Die Litze 71 besteht bevorzugt aus einzelnen dünnen Kupferdrähten, es kann jedoch auch ein anderes elektrisch gut leitendes Material verwendet werden.
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Zur Montage des Rotors in den dargestellten Stator 10 wird ein nicht dargestellter Lagerdeckel mit entsprechend ausgeformten axialen Öffnungen axial auf die Halteelemente 63 gefügt. Danach werden die Anschluss-Stecker 54 mit den Verbindungs-Steckern 56 verbunden, die bevorzugt in einem Elektronik-/Steckermodul angeordnet sind, das wiederum mit einer externen Stromversorgung verbunden ist. Bei der Montage des Gehäuseteils des Elektronik-/Steckermoduls können die Anschluss-Stecker 54 besonders präzise mittels Schneidklemmverbindungen 57 blind axial ineinander gefügt werden.
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In 2 ist ein Leiterelement 58 als vorgefertigte Baueinheit 99 dargestellt, die dann auf eine Verschaltungsplatte 52 gefügt wird, wie dies in 1 dargestellt ist. Dabei weist die flexible Litze 71 eine Länge 73 auf, die die separate Befestigung des Anschluss-Stecker-Bauteils 55 und des Schweißhaken-Bauteils 66 in einem gewünschten Abstand in Umfangsrichtung 2 auf dem Kunststoffring 61 ermöglicht. Nach der Montage des Leiterelementes 58 erstreckt sich die Litze 71 entlang des Kunststoffrings 61, wobei sie beabstandet zu den Verbindungsdrähten 31 der elektrischen Wicklung 16 geführt wird. Das Anschluss-Stecker-Bauteil 55 ist als axiale Lasche 50 ausgebildet, an deren axial freien Ende 68 als Schneid-Klemm-Verbindung 57 eine Kerbe 76 ausgebildet ist. Beim Fügen eines Elektronikmoduls oder eines Stecker-Moduls können deren Verbindungs-Stecker 56, die gemäß der Schneidklemmverbindung 57 in 2 beispielsweise als Flach-Stecker ausgebildet sind, in die Kerbe 76 eingreifen. Zur besseren Fixierung und/oder Führung der Anschluss-Stecker 54 im korrespondierenden Elektronik-/Stecker-Modul sind am Anschluss-Stecker 54 Rasthaken 53 angeformt. Im axial unteren Bereich weist das Anschluss-Stecker-Bauteil 55 Klemmelemente 77 auf, die sich beim axialen Einführen in die axiale Aussparung 67 des Haltelements 63 darin verspannen. Die Klemmelemente 77 können beim Stanzprozess des Anschluss-Stecker-Bauteils 55 durch Verprägen oder Freistanzen ausgebildet werden. Axial zwischen der Schneidklemmverbindung 57 und dem Klemmelement 77 ist der Quersteg 70, beispielsweise in Radialrichtung 4, ausgeformt, der nach dem axialen Einfügen axial an entsprechenden axialen Anschlägen 72 der Halteelemente 63 anliegt. Die Litze 71 ist am Anschluss-Stecker-Bauteil 55 angeschweißt, wobei die Schweißverbindung 78 vorzugsweise axial im Bereich des Querstegs 70 angeordnet ist. Das Schweißhaken-Bauteil 66 weist die Kontaktplatte 86 auf, die nach deren Montage flächig axial am Kunststoffring 61 anliegt. Am Rand der Kontaktplatte 86 sind Rasthaken 88 angeformt, die sich in Axialrichtung 3 erstrecken. An den Rasthaken 88 ist beispielsweise zur Rastverbindung eine sogenannte „Tannenbaum-Geometrie“ 90 ausgeformt, die sich beim Einpressen des Schweißhaken-Bauteils 66 in entsprechende Aussparungen 67 im Kunststoffkörper 62 verhaken. Die Litze 71 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der Kontaktplatte 86 festgeschweißt. Das vorgefertigte Leiterelement 58, 99 wird auf der Verschaltungsplatte 52 montiert, indem das Schweißhaken-Bauteil 66 unabhängig vom Anschluss-Stecker-Bauteil 55 im Kunststoffkörper 62 befestigt wird. Dabei erstreckt sich von der Kontaktplatte 86 in Radialrichtung 4 nach außen der Schweißhaken 60, dessen äußeres radiales Ende 65 als offene Schlinge 64 ausgebildet ist. Diese offene Schlinge 64 wird nach der Montage des Schweißhaken-Bauteils 66 um den entsprechenden Verbindungsdraht 31 umgebogen und verschweißt. Durch die mechanisch flexible Ausgestaltung des Leiterelements 58 mittels der Litze 71 kann der Anschluss-Stecker 54 sowohl in Radialrichtung 4, in Umfangsrichtung 2, und auch in Axialrichtung 3 sehr exakt positioniert werden, ohne dass diese Position durch einen späteren Schweißprozess am Schweißhaken 60 beeinflusst wird.
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In 3 ist eine alternative Ausführung eines Schweißhaken-Bauteils 66 dargestellt, bei der in der Kontaktplatte 86 ein axialer Durchbruch 80 ausgebildet ist, durch den nach dessen Montage der Nietstift 79 des Kunststoffkörper 62 axial hindurchgreift. Der axiale Durchbruch 80 ist hier als Spalt 91 in Radialrichtung 4 ausgebildet, dessen Breite 92 in Umfangsrichtung 2 mindestens so breit ist, wie der Durchmesser 94 des Nietstifts 79. Nach dem Aufsetzen des Schweißhaken-Bauteils 66 auf den Nietstift 79, wird dessen Ende zu einem Nietkopf 81 umgeformt. Diese plastische Materialumformung erfolgt beispielsweise mittels Warmverprägen mit heißen Stempeln und/oder mittels Ultraschall. Dadurch ist das Schweißhaken-Bauteil 66 fest auf der Verschaltungsplatte 52 fixiert, so dass die Schlinge 64 des Schweißhakens 60 um den Verbindungsdraht 31 umgebogen und verschweißt werden kann. Beim Festschweißen des Schweißhakens 60 wird so viel Wärme in das Schweißhaken-Bauteil 66 eingeleitet, dass die Nietverbindung so weich wird, dass sich die Kontaktplatte 86 radial entlang des Spalts 91 und/oder drehbar um den Nietstift 79 in gewissen Grenzen bewegen kann. Dadurch erfolgt während dem Festschweißen des Schweißhakens 60 gewissermaßen eine Nachjustierung des Schweißhaken-Bauteils 66 derart, dass die durch das Umbiegen der Schlinge 64 und das Festschweißen des Schweißhakens 60 entstandenen mechanischen Spannungen ausgeglichen werden. Die Litze 71 ist in diesem Beispiel neben dem Spalt 91 an der Kontaktplatte 86 mittels einer Schweißverbindung 78 kontaktiert. In einer alternativen Ausführung zum vormontierten Leiterelement 58, 99 gemäß 2 kann die Litze 71 gegebenenfalls auch erst nach der separaten Montage des Anschluss-Stecker-Bauteils 55 und des Schweißhaken-Bauteils 66 stoffschlüssig mit diesen verbunden, beispielsweise verlötet oder verschweißt, werden. Ebenso kann die Montage der Leiterelemente 58 auf den Kunststoffkörper 62 alternativ vor oder nach der Montage der Verschaltungsplatte 52 auf dem Statorkörper 34 erfolgen.
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Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So bezieht sich die Erfindung auf die mechanische Entkopplung des Anschluss-Stecker-Bauteils 55 vom Schweißhaken-Bauteil 66 durch die Litzenverbindung 71 der beiden Bauteile 55, 66. Dabei kann die konkrete Befestigungsweise des Anschluss-Stecker-Bauteils 55 und des Schweißhaken-Bauteils 66 auf dem Kunststoffring 61 variiert werden, ebenso die konkrete Bauform, die Beschichtung und das Material der bevorzugt als Stanzteile ausgebildeten Bauteile 55, 66. Die erfinderische elektrische Maschine 12 eignet sich besonders als Ausführung eines EC-Motors zur Verstellung beweglicher Komponenten im Kraftfahrzeug, beispielsweise für eine Servolenkung. Dabei kann ein solcher erfindungsgemäßer Elektromotor auch im Motorraum eingesetzt werden, wo er extremen Witterungsbedingungen und Erschütterungen ausgesetzt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20120126646 A1 [0002]
- DE 1020152000931 [0003]
