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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Formstabstator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung von dessen elektrischer Verschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Bekanntlich gibt es grundsätzlich verschiedene Varianten, wie ein Stator für einen Elektromotor ausgebildet sein kann. Eine erste Variante weist ein Drahtbündel auf, das für den elektrischen Anschluss des Stators und der ihm zugeordneten elektrischen Komponenten verwendet wird. Das Verschalten und Verlegen dieses Drahtbündels bzw. von dessen einzelnen Drähten muss manuell erfolgen und ist somit zeitintensiv, was die Herstellungskosten erhöht. Bei einer zweiten Variante sind statt des Drahtbündels mehrere sogenannte Formstäbe aus in der Regel Kupfer vorgesehen, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Diese Formstäbe werden häufig auch als Pin oder als Hairpin bezeichnet. Die Verwendung von Formstäben anstatt eines Drahtbündels ermöglicht einen höheren Automatisierungsgrad bei der Herstellung und somit eine Kostensenkung.
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Für den Anschluss des Formstabstators an die elektrische Stromversorgung, beispielsweise an die Versorgungsleitungen von drei Phasen, muss für jede Versorgungsleitung ein Anschlusselement an dem Wickelkopf des Formstabstators angebracht werden. Jedes Anschlusselement muss dabei manuell am bzw. im Wickelkopf lagerichtig und wiederholgenau positioniert werden, um es dann – in der Regel per Laser – zur Herstellung der elektrischen Verbindung bzw. Verschaltung anzuschweißen. Dieser manuelle Herstellungsschritt erhöht zum einen wiederum die Herstellungskosten, lässt sich aber andererseits kaum automatisieren.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Formstabstator so weiterzuentwickeln, dass er leichter automatisiert hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Formstabstator gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren gemäß Anspruch 10 zur Herstellung von dessen elektrischer Verschaltung gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß umfasst ein für einen Elektromotor bestimmter Formstabstator einen Statorkörper, der einen Wickelkopf aufweist, und am Wickelkopf vorgesehene Formstäbe für die elektrische Verbindung des Wickelkopfs mit elektrischen Anschlusselementen, die für den elektrischen Anschluss der Versorgungsleitungen des Formstabstators bestimmt sind. Der erfindungsgemäße Formstabstator zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Wickelkopf ein aus elektrisch isolierendem Material gebildetes Positionierungselement befestigt ist, das als Positionierungsvorrichtung für die Anbringung der Anschlusselemente dient. Durch das Vorsehen der Positionierungsvorrichtung können die jeweiligen Anschlusselemente automatisiert im bzw. am Wickelkopf positioniert und anschließend angeschweißt werden. Wenn in anderen Worten ein mit einer solchen Positionierungsvorrichtung versehenes Zwischenprodukt zur Herstellung eines fertigen Formstabstators verwendet wird, kann damit der Handarbeitsanteil bei der Herstellung des Formstabstators reduziert und somit dessen kostengünstigere Herstellung ermöglicht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der elektrischen Verschaltung eines Formstabstators für einen Elektromotor umfasst folgende Schritte: In ein als Ringsegment ausgebildetes Positionierungselement werden elektrische Anschlusselemente, die für den elektrischen Anschluss der Versorgungsleitungen des Formstabstators bestimmt sind, eingesetzt, und das Positionierungselement wird so an einem Wickelkopf eines Statorkörpers befestigt, dass sich am Wickelkopf vorgesehene Formstäbe für die elektrische Verbindung des Wickelkopfs in elektrischer Verbindung mit den betreffenden Anschlusselementen befinden. Somit kann ein erfindungsgemäßer Formstabstator mit einem geringen Anteil an Handarbeit und somit mit geringen Herstellungskosten erzeugt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formstabstators ergibt sich dann, wenn das Positionierungselement als Ringsegment ausgebildet ist, in das jeweilige erste Abschnitte der Anschlusselemente so eingesetzt werden können, dass das Ringsegment die betreffenden jeweiligen ersten Abschnitte der Anschlusselemente umschließt, wonach das mit den Anschlusselementen versehene Positionierungselement mit dem Wickelkopf verbunden wird. In anderen Worten sind bei diesem fertigen Formstabstator die jeweiligen Anschlusselemente zusammen mit dem Positionierungselement bereits fest mit dem Wickelkopf verbunden.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Formstabstators ergibt sich, wenn das Positionierungselement ein erstes Teilelement und ein zweites Teilelement umfasst, in denen Aussparungen vorgesehen sind, in denen ein jeweiliger zweiter Abschnitt eines Anschlusselements derart angeordnet ist, dass er sich in einer elektrisch leitfähigen Verbindung mit einem zugeordneten der Formstäbe befindet. Somit braucht nicht für eine eigene Kontaktierung zwischen den Formstäben und den Anschlusselementen bzw. deren jeweiligen Abschnitten gesorgt zu werden, sondern die Kontaktierung erfolgt ohne weiteres Zutun durch die Anbringung des mit den Anschlusselementen versehenen Positionierungselements am Wickelkopf. Außerdem ermöglicht die Tatsache, dass das Positionierungselement zweiteilig ausgeführt ist, einen leichteren Zugang beim Anbringen der Anschlusselemente.
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Der Automatisierungsgrad bei der Herstellung kann noch weiter erhöht werden, wenn in dem Positionierungselement eine Tasche für die Aufnahme eines Sensorelements vorgesehen ist, da diese Tasche als Positionierungsvorrichtung beim Bestücken des Positionierungselements mit dem Sensorelement dient. Eine besonders einfache Bestückung mit dem Sensorelement ist dann möglich, wenn sich die Tasche so am Rand des Positionierungselements befindet, dass das Sensorelement von außen in die Tasche einsetzbar ist.
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Auch die elektrische Kontaktierung eines derartigen Sensorelements kann vereinfacht und automatisiert werden, wenn die Anordnung so getroffen wird, dass das Sensorelement so an einem zugeordneten der Formstäbe anliegt, dass es mit dem betreffenden Formstab formschlüssig verbunden ist.
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Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsbeispiel für die vorliegende Erfindung ist dann gegeben, wenn das Sensorelement als Temperatursensor ausgebildet ist und so an einem zugeordneten der zweiten Abschnitte eines Anschlusselements oder an einem der Formstäbe anliegt, dass es zur Messung von dessen Temperatur geeignet ist. Dadurch kann der betreffende Temperatursensor in einfacher und präziser Weise an der gewünschten Stelle im Wickelkopf angebracht werden. Somit können Temperaturmessungen des Wickelkopfs, genauer gesagt von dessen Formstäben oder den damit verbundenen Anschlusselementen bzw. deren jeweiligen Abschnitten, in einfacher Weise vorgenommen werden.
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Wenn das Positionierungselement zweiteilig ausgeführt ist, so dass das Positionierungselement ein erstes Teilelement und ein zweites Teilelement umfasst, ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, Aussparungen, in denen ein jeweiliger zweiter Abschnitt eines Anschlusselements angeordnet ist, und eine Tasche, in der ein Sensorelement angeordnet ist, in diesen Teilelementen vorzusehen, wobei dann die Anordnung so getroffen wird, dass die Tasche und/oder die Aussparungen an einem Rand des ersten Teilelements gebildet sind, der einem zugeordneten Rand des zweiten Teilelements zugewandt ist. Hierbei kann ein Teil der in das Positionierungselement zu integrierenden Elemente in dessen erstes Teilelement und die übrigen Elemente in dessen zweites Teilelement eingesetzt werden, wonach die beiden Teilelemente entweder gemeinsam oder eines nach dem anderen an dem Wickelkopf befestigt werden können. Hierdurch wird größtmögliche Flexibilität bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Formstabstators ermöglicht.
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Als zur vorliegenden Erfindung gehörig wird auch ein Kraftfahrzeug angesehen, welches mit einem Elektromotor ausgestattet ist, der einen vorbeschriebenen Formstabstator aufweist.
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Dementsprechend ergeben sich auch gleiche oder ähnliche Vorteile wie die in Verbindung mit dem vorstehend Beschriebenen, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen wird.
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Einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Formstabstators in einer Vorderansicht auf den Wickelkopf,
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2 eine schematische Darstellung des Formstabstators von 1 in einer Seitenansicht von rechts,
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3 eine schematische Darstellung des Formstabstators von 1 in einer Seitenansicht von links,
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4 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung des Formstabstators von 1,
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5 eine schematische Darstellung eines Positionierungselements mit zugeordneten Formstäben gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formstabstators im Querschnitt,
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6 eine schematische Darstellung eines Positionierungselements mit zugeordneten Formstäben gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Formstabstators im Querschnitt,
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7 eine schematische Darstellung eines Positionierungselements mit zugeordneten Formstäben gemäß einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formstabstators im Querschnitt, und
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8 eine schematische Darstellung eines Positionierungselements mit zugeordneten Formstäben gemäß einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Formstabstators in perspektivischer Ansicht.
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In 1, 2 und 3 ist jeweils ein erfindungsgemäßer Formstabstator 10 von vorn auf die Öffnung eines Wickelkopfs 22 des Formstabstators 10, von rechts bzw. von links gezeigt. Wie ersichtlich, umfasst ein solcher Formstabstator 10 einen Statorkörper 20, an dessen einem Ende der Wickelkopf 22 befestigt ist. Von dem Wickelkopf 22 aus ragt eine Vielzahl von Formstäben 26, 27 hervor, die für die elektrische Verbindung des Wickelkopfs 22 mit beispielsweise den drei Versorgungsleitungen für die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase bestimmt sind. Erfindungsgemäß ist an der Stirnseite des Wickelkopfs 22 ein als Ringsegment ausgebildetes Positionierungselement 50 aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Kunststoff befestigt. An der Oberseite des Positionierungselements 50 sind drei Anschlusselemente 30, 31 und 32 befestigt, welche mit zugeordneten der Formstäbe 26, 27 verbunden sind und als Anschlussterminals für die vorgenannten Versorgungsleitungen dienen. Eine entsprechende perspektivische Explosionsdarstellung ist in 4 gezeigt, wobei allerdings die Anschlusselemente 30–32 weggelassen sind und stattdessen jeweils – der elektrischen Verbindung der Anschlusselemente 30–32 mit den jeweiligen Formstäben dienende – zugeordnete erste Abschnitte 30a, 31a bzw. 32a sowie jeweilige zweite Abschnitte 30b, 31b bzw. 32b dieser Anschlusselemente 30–32 gezeigt sind. Außerdem ist das Positionierungselement 50 nur angedeutet dargestellt.
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5 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Positionierungselement 50 gemäß einer ersten Ausführungsform. Es ist erkennbar, dass dieses Positionierungselement 50 aus einem ersten Teilelement 51, einem dritten Teilelement 53 und einem, gleichsam als "Dach" aufgesetzten, zweiten Teilelement 52 zusammengesetzt ist. Dieses Positionierungselement 50 ist auf zwei nebeneinanderliegende Formstäbe 26, 27 aufgesetzt. Rechts oben im ersten Teilelement 51 ist eine Aussparung 59 gebildet, und links oben im dritten Teilelement 53 ist eine Aussparung 58 gebildet. In der Aussparung 59 ist exemplarisch dargestellt ein zweiter Abschnitt 30b des Anschlusselements 30 angeordnet, und in der Aussparung 58 ist exemplarisch dargestellt ein zweiter Abschnitt 31b des Anschlusselements 31 angeordnet. In den beiden Aussparungen 58 und 59 kann jedoch alternativ auch nur ein einziger der Abschnitte 30b–32b angeordnet sein, sofern dieser entsprechend räumlich ausgebildet ist. Im ersten Teilelement 51 ist außerdem an seiner rechten Seite, die dem Formstab 26 zugewandt ist, eine Tasche 56 gebildet, in der ein Sensorelement 60 angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieses Sensorelement 60 ein Temperatursensor, mit dem die Temperatur des Formstabs 26 (und in gewisser Weise auch des den Temperatursensor umgebenden ersten Teilelements 51) gemessen werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist es beispielsweise möglich, dass der Hersteller des Positionierungselements 50 das Sensorelement 60 direkt an dem Formstab 26 anbringt und dann die drei Teilelemente 51–53 (mit darin bereits enthaltenen bzw. vormontierten Abschnitten 30b, 31b der Anschlusselemente 30, 31) auf die Formstäbe 26, 27 aufbringt. Alternativ kann der Sensor zuerst in die Tasche 56 des ersten Teilelements 51 der Positionierungsvorrichtung 40 eingebracht werden, wonach die drei Teilbereiche 51–53 auf die Formstäbe 26, 27 aufgesteckt werden können.
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6 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Positionierungselement 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei dieser zweiten Ausführungsform sowie allen weiteren Ausführungsformen werden für gleiche oder ähnliche Elemente auch die gleichen Bezugszeichen verwendet, und zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden diese Elemente nicht erneut beschrieben. Der Hauptunterschied der zweiten Ausführungsform bezüglich der ersten Ausführungsform besteht darin, dass nicht im ersten Teilelement 51 eine Tasche 56 vorgesehen ist, sondern im zweiten Teilelement 52 eine Tasche 57, und zwar so, dass diese Tasche 57 "von oben", also von einem von den anderen beiden Teilelementen 51 und 53 abgewandten Rand des zweiten Teilelements 52 her, zugänglich ist. Diese zweite Ausführungsform bietet dem Hersteller des Positionierungselements 50 die Möglichkeit, lediglich die Tasche 57 im zweiten Teilelement 52 vorzusehen, wonach der Hersteller des Elektromotors, für den der Formstabstator 10 und dessen Positionierungselement 50 bestimmt sind, das Sensorelement 60 in die Tasche 57 einschieben bzw. einlegen und zur Kontaktierung gegen einen entsprechenden Formstab drücken kann. Dieser letztgenannte Vorgang kann vor oder nach einem Imprägnierungsprozess erfolgen, der nach dem Anschweißen der Abschnitte 30b–32b der Anschlusselemente 30–32 an die betreffenden Formstäbe für die elektrische Isolierung erforderlich ist. Sowohl bei dieser zweiten Ausführungsform als auch bei allen weiteren Ausführungsformen ist es möglich, mehrere Sensoren zu verbauen und nicht nur einen Sensor.
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7 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Positionierungselement 50 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Hauptunterschied der dritten Ausführungsform bezüglich der anderen beiden Ausführungsformen besteht darin, dass im zweiten Teilelement 52 eine Tasche 57a so vorgesehen ist, dass sie zum einen nach "unten", also zum dritten Teilelement 53 hin, offen ist, und dass sie zum anderen einer in dem dritten Teilelement 53 nach "oben" offenen Aussparung 58 – in der ein entsprechender zweiter Abschnitt 31b des Anschlusselements 31 angeordnet ist – zugewandt ist. Diese dritte Ausführungsform gibt dem Hersteller des Positionierungselements 50 die Möglichkeit, lediglich die Tasche 57a vorzusehen, wonach der Hersteller des Elektromotors, für den der Formstabstator 10 und dessen Positionierungselement 50 bestimmt sind, das Sensorelement 60 wiederum in die Tasche 57a einschieben bzw. einlegen und zur Kontaktierung gegen einen entsprechenden Formstab drücken kann.
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In 8 ist schließlich eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei das Positionierungselement 50 nicht als Ringsegment ausgestaltet ist, sondern als eine Gruppe von elastischen Clips bzw. Haken 50a, von denen hier exemplarisch nur zwei dem Anschlusselement 32 zugeordnete Exemplare schematisch angedeutet sind. Es versteht sich, dass diese Haken 50a so angeordnet und ausgestaltet sein müssen, dass sie ein Positionieren und anschließendes Aufsetzen bzw. Aufdrücken der betreffenden Anschlusselemente auf den Wickelkopf 22 nur an der gewünschten Stelle zulassen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Positionierungselements nicht unbedingt nur der Positionierung dienen, sondern durchaus auch eine Funktion einer zusätzlichen mechanischen Halterung der jeweiligen Anschlusselemente aufweisen können.
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Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Zusammenhang zwischen einerseits Merkmalen besteht, die im Zusammenhang mit Verfahrensschritten beschrieben wurden, sowie andererseits Merkmalen, die im Zusammenhang mit entsprechenden Vorrichtungen beschrieben wurden. Somit sind beschriebene Verfahrensmerkmale auch als zur Erfindung gehörige Vorrichtungsmerkmale – und umgekehrt – anzusehen, selbst wenn dies nicht explizit erwähnt wurde.
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Es ist festzuhalten, dass die unter Bezug auf einzelne Ausführungsformen bzw. Varianten beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise Art und Ausgestaltung der einzelnen Aussparungen, Taschen, Anschlusselemente und Sensorelemente sowie deren räumliche Anordnung, auch bei anderen Ausführungsformen vorhanden sein können, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet. Von derartigen, in Kombination beschriebenen, Merkmalen einzelner Ausführungsformen müssen außerdem nicht notwendigerweise immer alle Merkmale in einer betreffenden Ausführungsform realisiert sein.
