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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anschlussplatte für eine elektrische Maschine zur elektrischen Kontaktierung statorseitiger Spulen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 35 33 115 A1 wird ein Wechselstromgenerator für eine Brennkraftmaschine beschrieben, dessen Stator zwischen Lagerschilden angeordnet ist, wobei an einem Lagerschild eine Lagerplatte mit integrierter Anschlussplatte angeordnet ist. Die Anschlussplatte dient zur elektrischen Kontaktierung von Spulen im Stator, wobei über die Anschlussplatte die Verbindung mit einer Leistungselektronik zur Übertragung des Phasenstroms auf die Spulen erfolgt. Die Rotorwelle ist in einem Lagerschild drehbar aufgenommen und trägt Schleifringe zur elektrischen Kontaktierung rotorseitiger Spulen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Anschlussplatte kann in Statoren elektrischer Maschinen wie z.B. Generatoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Mithilfe der Anschlussplatte können statorseitige Spulen mit einer Leistungselektronik verbunden werden, um einen Phasenstrom von der Leistungselektronik über die Anschlussplatte zu den Spulen zu führen. Die Anschlussplatte sitzt insbesondere an einer axialen Stirnseite der elektrischen Maschine und ist als separates Bauteil ausgebildet, jedoch über Verbindungselemente mit dem Stator oder einem statorseitigen Bauteil zu verbinden. Die Anschlussplatte kann ihrerseits Träger der Leistungselektronik sein.
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Die Anschlussplatte besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial.
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An der Anschlussplatte ist mindestens ein axial hervorstehendes Verpresselement angeformt - bezogen auf die axiale Längsachse von Stator und elektrischer Maschine -, wobei das axial hervorstehende Presselement im eingebauten Zustand der Anschlussplatte an dem Stator oder dem statorseitigen Bauteil, mit dem die Anschlussplatte verbunden ist, anliegt. Durch die Verbindungskraft, hervorgerufen von den Verbindungselementen, verformt sich das hervor- bzw. überstehende Verpresselement. Die Verformung erfolgt entweder im plastischen oder im elastischen Bereich des Materials der Anschlussplatte.
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Das durch die Verbindung verformte Verpresselement liegt demzufolge unmittelbar an dem Stator oder dem statorseitigen Bauteil an, mit dem die Anschlussplatte verbunden wird. Darüber hinaus besteht vorteilhafterweise auch ein Kontakt mindestens einer weiteren Kontaktstelle der Anschlussplatte zum Stator oder dem statorseitigen Bauteil, wobei diese Kontaktstelle der Anschlussplatte verformungsfrei an dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil anliegt. Es gibt demnach mindestens ein Verpresselement an der Anschlussplatte, das sich bei der Verbindung mit dem Stator oder dem statorseitigen Bauteil verformt, und eine verformungsfreie Kontaktstelle an der Anschlussplatte, die ebenfalls auf Kontakt zum Stator oder dem statorseitigen Bauteil liegt. Der Teil der Anschlussplatte, der das Verpresselement trägt, bleibt in bevorzugter Ausführung auch unter der Einwirkung der Verbindungskräfte verformungsfrei.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass über das elastische oder plastische Verformen des Verpresselementes eine lokale Verspannung in der Anschlussplatte erzeugt wird, wodurch unerwünschte Eigenschwingungen der Anschlussplatte reduziert oder verhindert werden. Die lokale Verspannung, hervorgerufen durch das Verformen des Verpresselementes an der Anschlussplatte, verändert die Schwingungsformen, insbesondere die Eigenschwingungsfrequenzen der Anschlussplatte, vorzugsweise in Richtung höherer Eigenfrequenzen, wodurch ein Verstimmen mit Anregungsfrequenzen der elektrischen Maschine erreicht werden kann. Dementsprechend können Resonanzen in der Anschlussplatte, die ansonsten zu hohen Schwingungsamplituden führen, vermieden werden.
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Vorteilhafterweise befindet sich das mindestens eine axial überstehende Verpresselement an der Stirnseite eines mittig in der Anschlussplatte platzierten Anschlussplattenteils. Es handelt sich bei dem Anschlussplattenteil beispielsweise um eine hohlzylindrische Aufnahmebuchse für einen oder mehrere Schleifringe, die Teil einer Kommutierungseinrichtung zur Stromübertragung auf rotorseitige Spulen sind und gemeinsam mit der Rotorwelle umlaufen. Das überstehende Verpresselement befindet sich an der Stirnseite der Aufnahmebuchse und steht axial über die Stirnseite über. Mit der Verbindung der Anschlussplatte an den Stator oder das statorseitige Bauteil gelangt das Verpresselement in Kontakt mit dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil und wird mit zunehmender Verbindungskraft elastisch oder plastisch verformt. Gegebenenfalls gelangt bei hinreichender Verformung des Verpresselementes auch die Stirnseite der Aufnahmebuchse in Kontakt mit dem Stator oder dem statorseitigen Bauteil und bildet die verformungsfreie Kontaktstelle der Anschlussplatte. Zusätzlich oder alternativ können auch eine weitere oder mehrere weitere Kontaktstellen an der Anschlussplatte vorhanden sein, die bei der Verbindung in Kontakt mit dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil gelangen, jedoch verformungsfrei bleiben.
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Die mittig platzierte Aufnahmebuchse ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, über radiale Trägerarme mit einem Außenring der Anschlussplatte verbunden. Hierdurch kann zwischen den Trägerarmen jeweils eine Ausnehmung in die Anschlussplatte eingebracht sein, um diese material- und gewichtssparend auszubilden. Der erhöhten Schwingungsfähigkeit der zentrischen Aufnahmebuchse, die von den radialen Trägerarmen gehalten ist, kann durch die Verformung des überstehenden Verpresselementes zumindest für die Anregungsfrequenzen, welche im Betrieb der elektrischen Maschine auftreten, entgegengewirkt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Verpresselement als ein axial hervorstehender Noppen ausgebildet. Gegebenenfalls können mehrere axial hervorstehende Noppen vorhanden sein, insbesondere entlang eines Kreises, z.B. an der Stirnseite der mittig angeordneten Aufnahmebuchse. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass das Verpresselement als eine axiale Verpressrippe ausgebildet ist, die beispielsweise an der Mantelaußenseite der Aufnahmebuchse angeordnet ist und axial über die Stirnseite der Aufnahmebuchse hinausragt.
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Der axiale Verpressweg des Verpresselementes gegenüber den unmittelbar benachbarten Abschnitten an der Anschlussplatte beträgt vorzugsweise zwischen 0.1 mm und 1 mm. Vorteilhafterweise liegt der axiale Überstand des Verpresselementes gegenüber den unmittelbar benachbarten Abschnitten an der Anschlussplatte mindestens 0.1 mm bis 1 mm. In dieser Ausführung ist sichergestellt, dass durch die Verbindungskraft zwischen Anschlussplatte und Stator bzw. statorseitigem Bauteil das Verpresselement im Bereich des axialen Überstandes verformt wird, wobei ggf. das Verpresselement so stark verformt wird, dass die unmittelbar benachbarten Abschnitte, gegenüber denen das Verpresselement im unverformten Zustand hinausragt, in Anlage mit dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil gelangen.
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Die Verformung des Verpresselements beim Zusammenbau mit dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Verpresselement eine kleine Stirnfläche aufweist, die in Kontakt mit dem Stator bzw. dem statorseitigen Bauteil gelangt. Die Verbindungskräfte bewirken einen hohen Druck auf das Verpresselement, der zu der Verformung führt. Gegebenenfalls kann die Verformung auch durch eine geringere Wandstärke des Verpresselements unterstützt werden.
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Bei dem statorseitigen Bauteil handelt es sich beispielsweise um einen Kühlkörper, der über Schrauben mit der Anschlussplatte sowie mit einem Lagerschild am Stator verbunden ist. Das Verpresselement liegt an dem Kühlkörper an.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auch auf einen Stator einer elektrischen Maschine, beispielsweise einen Generator, der mit einer vorbeschriebenen Anschlussplatte versehen ist. Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf eine elektrische Maschine, beispielsweise einen Generator, mit einem Stator und einer vorbeschriebenen Anschlussplatte.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer Darstellung eine elektrische Maschine, die als Innenläufer ausgebildet und deren Stator zwischen Lagerschilden eingefasst ist, wobei an einem Lagerschild eine Anschlussplatte angeordnet ist,
- 2 die Anschlussplatte in perspektivischer Ansicht, mit einer zentrale Aufnahmebuchse für einen Schleifring, wobei an der Stirnseite der Anschlussbuchse axial hervorstehende Verpresselemente angeformt sind,
- 3 einen Schnitt durch die Anschlussbuchse im montierten Zustand,
- 4 eine Anschlussplatte in einer weiteren Ausführung mit einer an der Mantelaußenseite angeformten axialen Verpressrippe.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte elektrische Maschine 1 wird beispielsweise als Generator in Kraftfahrzeugen eingesetzt und ist als Innenläufer ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2, der an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten von Lagerschilden 3 und 4 fixiert ist. Benachbart zum Lagerschild 4 befindet sich eine Anschlussplatte 5, die mit dem Lagerschild 4 über Verbindungselemente, insbesondere Schrauben, verbunden ist. Über die Anschlussplatte 5 erfolgt die elektrische Kontaktierung statorseitiger Spulen.
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Auf der dem Stator axial abgewandten Seite befindet sich an der Anschlussplatte 5 ein Kühlkörper 6 und außerdem eine Schutzkappe 7. Des Weiteren ist die Anschlussplatte 5 Träger einer Leistungselektronik 8, zu der eine elektrische Schnittstelle 9 sowie elektrische Anschlussbolzen 10 und 11 gehören, um eine Verbindung zu einer Stromquelle bzw. einem Stromspeicher herzustellen. Über die Leistungselektronik 8 werden die statorseitigen Spulen mit einem Phasenstrom beaufschlagt. Schutzkappe 7, Kühlkörper 6, Leistungselektronik 8 sowie die Anschlussplatte 5 sind gemeinsam mit dem Lagerschild 4 am Stator 2 verschraubt.
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In 2 ist die Anschlussplatte 5, die aus Kunststoff gefertigt ist, in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Anschlussplatte 5 weist an einem Außenring 12 über den Umfang verteilt mehrere Stromschienen 13 auf, über die die Statorspulen mit der Leistungselektronik verbunden werden. Ebenfalls am Außenring 12 sind Befestigungsaugen 14 angeformt, in die Scheiben 15 eingesetzt sind; über die Befestigungsaugen 14 und die Scheiben 15 ist die Anschlussplatte 5 gemeinsam mit Schutzkappe 7, Kühlkörper 6 und Leistungselektronik 8 über Schrauben mit dem Lagerschild 4 verbunden. Über den Umfang verteilt sind mehrere Befestigungsaugen 14 mit darin eingesetzten Scheiben 15 angeordnet.
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Des Weiteren befinden sich an dem Außenring 12 über den Umfang verteilt mehrere Formschlussteile 16, in die eine V-förmige Nut eingebracht ist und über die die Schutzkappe 7 in Radialrichtung fixiert werden kann.
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Von dem Außenring 12 ausgehend erstrecken sich radial nach innen Trägerarme 17, wobei zwischen benachbarten Trägerarmen 17 jeweils eine Ausnehmung bzw. Öffnung 18 frei bleibt, über die ein Kühlluftstrom zur elektrischen Maschine gelangt um diese zu kühlen. Zentrisch in der Anschlussplatte 5 befindet sich eine Aufnahmebuchse 19, die von den Trägerarmen 17 gehalten ist und zur Aufnahme von einem oder mehreren Schleifringen dient, die an der Rotorwelle der elektrischen Maschine angeordnet sind. Über die Schleifringe werden rotorseitige Spulen bestromt. Seitlich benachbart zu der Aufnahmebuchse 19 liegt an einem Trägerarm 17 eine Aufnahme 20 für einen Bürstenhalter, der eine Kohlebürste trägt, welche in Kontakt mit dem Schleifring steht.
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An der Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 sind axial überstehende Verpresselemente 21 angeformt. Über den Umfang verteilt sind in gleichmäßigem Abstand insgesamt drei derartige Verpresselemente 21 einteilig mit der Aufnahmebuchse 19 ausgebildet, die jeweils gleichartig ausgebildet sind und axial über die Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 hinausragen. Die Verpresselemente 21 haben die Form axial überstehender Noppen und ragen 0.1 mm bis 1 mm über die Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 axial hinaus. Die Verpresselemente 21 haben die Funktion, im montierten Zustand der Anschlussplatte 5 durch die Verbindungskraft mit dem statorseitigen Bauteil sich zu verformen und hierdurch eine Verspannung der Anschlussplatte 5 zu bewirken, wodurch sich die Eigenfrequenzen der Anschlussplatte 5 ändern, insbesondere erhöhen. Auf diese Weise kann die Anschlussplatte 5 frequenzmäßig in der Weise verstimmt werden, dass keine Übereinstimmung mit Anregungsfrequenzen besteht, welche im Betrieb der elektrischen Maschine auftreten. Es kann vermieden werden, dass im Betrieb der elektrischen Maschine die Anschlussplatte 5 in Eigenschwingungen gerät.
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In 3 ist schematisch die Anschlussplatte 5 mit der Aufnahmebuchse 19 während der Montage in der elektrischen Maschine dargestellt. Die Anschlussplatte 5 liegt unmittelbar an dem Lagerschild 4 an und wird mit diesem verbunden, beispielsweise verschraubt. Auf der dem Lagerschild 4 abgewandten Seite liegen die axial überstehenden Verpresselemente 21 an der Stirnseite des Aufnahmebuchse 19 in Kontakt mit dem Kühlkörper 6, der über die Schrauben mit dem Stator 2 verbunden ist und somit ein statorseitiges Bauteil bildet, und werden durch die Verbindungskraft axial verpresst. Die axiale Verpressung kann ggf. so stark sein, dass auch die Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 in Kontakt mit dem Kühlkörper 6 gelangt. In alternativer Ausführung bleibt ein Spalt zwischen der Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 und dem Kühlkörper 6 frei, um zum Beispiel einen Kühlluftstrom zur Kühlung von Bürste und Schleifring zu ermöglichen.
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Zusätzlich zu den Verpresselementen 21 und ggf. der Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 können weitere Kontaktstellen zwischen der Anschlussplatte 5 und dem statorseitigen Bauteil, insbesondere dem Kühlkörper 6 vorhanden sein. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Befestigungsaugen 14, über die die Anschlussplatte 5 mit dem Lagerschild verbunden wird. Die elastische oder plastische Verpressung ist auf den axial überstehenden Abschnitt der Verpresselemente 21 beschränkt. Alle übrigen Kontaktstellen der Anschlussplatte 5 zum Kühlkörper 6 und zum Lagerschild 4 unterliegen dagegen keiner Verformung.
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In 4 ist eine Anschlussplatte 5 in einer Ausführungsvariante dargestellt. Die Anschlussplatte 5 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen derjenigen nach 2, so dass insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Im Unterschied zu 2 ist jedoch das Verpresselement 21 bei 4 als eine axial verlaufende Verpressrippe ausgebildet, die sich an der Mantelaußenfläche der Aufnahmebusche 19 erstreckt und insbesondere einteilig mit der Aufnahmebuchse 19 ausgebildet ist. Die Verpressrippe 21 ragt axial über die Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 hinaus, wobei der axiale Überstand vorzugsweise mehrere Millimeter beträgt. Abträglich des axialen Verpresswegs der Verpressrippe, welcher vorzugsweise zwischen 0.1 mm und 1 mm beträgt, bleibt ein Spalt zwischen der Stirnseite der Aufnahmebuchse 19 und dem Kühlkörper 6 frei, um eine ausreichende Kühlung von Bürste und Schleifring zu ermöglichen.
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Über den Umfang verteilt ist genau eine Verpressrippe 21 an der Aufnahmebuchse 19 angeordnet, die sich diametral gegenüberliegend zu der Aufnahme 20 für den Bürstenhalter befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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