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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wie etwa einen Wechselstromgenerator für ein Fahrzeug oder einen Drehstrommotor, zum Stromdurchflossenwerden und Hervorrufen eines Magnetfeldes mit wenigstens einem ersten Leitersegment. Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Verbinden von Leitersegmenten gemäß den nebengeordneten Ansprüchen.
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Um einen Stator beziehungsweise eine Statorspule aus Leitersegmenten zu erhalten, ist es notwendig, die Enden der Leitersegmente miteinander elektrisch zu verbinden.
JP 2008 199 751 A1 offenbart beispielsweise einen Stator einer elektrisch rotierenden Maschine mit einem Statorkern mit einer Vielzahl von Nuten und einer Vielzahl von Leitersegmenten, die jeweils in diesen Nuten in einer Vielzahl von radial angeordneten Lagen angeordnet sind, wobei korrespondierende und zu verbindende Endabschnitte der Leitersegmente aneinander anliegen, um später einen Stromfluss zu ermöglichen und ein definiertes Magnetfeld hervorzurufen.
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In dem obigen bekannten Stand der Technik werden die Enden der verbundenen Leitersegmente an benachbarten Enden anderer Leitersegmente geschweißt, um eine Statorspule zu bilden. Eine verlässliche Verbindung der Leitersegmente, insbesondere der elektrischen Verbindung, ist erst nach dem Schweißvorgang gegeben. Vor dem Schweißvorgang ist hingegen eine Lage der Leitersegmente zueinander nicht exakt definiert und es kann aufgrund von Toleranzen beispielsweise zu einer Verschiebung und Entkopplung der zu verbindenden Leitersegmenten kommen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustellen oder wenigstens zu mindern und insbesondere einen Stator für eine elektrische Maschine, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Verbinden von Leitersegmenten eines solchen Stators bereitzustellen, welche eine sichere Verbindung von Leitersegmenten gewährleisten sowie ein vereinfachtes Verfahren der Verbindung ermöglichen.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich eines gattungsgemäßen Stators erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das erste Leitersegment an einem Endabschnitt in einem Verbindungsbereich eine Aussparung aufweist, um ein weiteres Leitersegment (hiernach als zweites Leitersegment bezeichnet) formschlüssig aufzunehmen und elektrisch zu verbinden. Überraschenderweise ermöglicht bereits das technische Merkmal der Aussparung des Leitersegments in einem Verbindungsbereich die formschlüssige Aufnahme eines weiteren Leitersegments, um mittels des Formschlusses eine sichere elektrische Verbindung beider Leitersegmente sicherzustellen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stators das zweite Leitersegment an dem Endabschnitt in dem Verbindungsbereich ebenso eine Aussparung aufweist, und insbesondere dessen Endbereich gleich zu dem Endbereich des ersten Leitersegments ausgebildet ist, und gegengleich zu dem ersten Leitersegment formschlüssig in die Aussparung eingesetzt ist. Beide Leitersegmente, sowohl das erste Leitersegment als auch das zweite Leitersegment, weisen also jeweils eine Aussparung auf, die es ermöglichen, dass die beiden Leitersegmente gegengleich ineinander eingesetzt werden. Insbesondere ist die Aussparung jeweils so gestaltet, dass bei einer gegengleichen Einsetzung der beiden Leitersegmente, diese in einem rechten Winkel zueinander stehen. Hierdurch kann beispielsweise ein Herstellungsprozess der Leitersegmente vereinfacht werden, da das zweite Leitersegment durch lediglich eine Drehung des ersten Leitersegments um 180 Grad um seine Längsachse und eine entsprechende Schwenkung entsteht bzw. einer geänderten Anordnung / Ausrichtung und ein gegengleicher Einsatz möglich ist.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn das erste Leitersegment in seiner Aussparung einen Ausschnitt nach Art einer Vertiefung aufweist und das zweite Leitersegment in seinem Verbindungsbereich, insbesondere ebenfalls in seiner vorgesehenen Aussparung, einen zur Vertiefung komplementären Vorsprung / Vorsprungsabschnitt aufweist, so dass bei einer Verbindung der Verbindungsbereiche der zwei Leitersegmente die Vertiefung und der Vorsprung miteinander zusätzlich in Formschluss in wenigstens eine, zwei oder drei Raumrichtungen stehen und eine festgelegte Verbindung geschaffen ist bzw. ein in wenigstens eins, zwei oder drei Raumrichtungen festgelegter Verbund geschaffen ist. Die Vertiefung und der Vorsprung können beispielsweise mittels einer Presspassung so gestaltet sein, dass sie ähnlich eines Klippsystems / Clip-Systems funktionieren. Die Verbindung der beiden Leitersegmente kann so über einen Kraftschluss zusätzlich zum Formschluss gehalten werden. Bei verbundenen Leitersegmente kann ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung durch diese strukturelle Ausgestaltung weiter unterdrückt werden. Auch können beispielsweise die Vertiefung und der Vorsprung mit einer höheren Präzision hergestellt sein, als das dies bei der Aussparung der Fall ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich einer gattungsgemäßen elektrischen Maschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßer Stator in die elektrische Maschine eingesetzt ist. Die elektrische Maschine mit dem Stator, bei dem die Leitersegmente mittels der Aussparung formschlüssig und elektrisch verbunden sind, weist eine sichere Verbindung und damit insbesondere eine höhere Ausfallswahrscheinlichkeit auf.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens zum Verbinden von zwei Leitersegmenten eines Stators erfindungsgemäß mit dem Schritt Verbinden / Montieren der zwei Leitersegmente mittels eines Formschlusses der Verbindungsbereiche gelöst. Bei einer ausreichend hohen Fertigungsgüte und einer einhergehenden Genauigkeit bzw. niedrigen Toleranzen der Leitersegmente reicht gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits der Schritt der Verbindung mittels eines Formschlusses der Verbindungsbereiche aus, um beispielsweise über eine Presspassung oder einer enganliegenden Verbindung, eine sichere elektrische Verbindung herzustellen. Hierdurch können, selbst ohne einen Schweißvorgang / Schritt eines Schweißens, die Leitersegmente bereits sicher elektrisch miteinander verbunden werden.
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In einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens kann nach dem Schritt des Verbindens der zwei Leitersegmente mittels Formschluss, der Schritt Schweißen der formschlüssigen Verbindung der zwei Leitersegmente erfolgen. Durch die stoffschlüssige Verbindung wird eine elektrische Verbindung der Leitersegmente zusätzlich sichergestellt.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Stator für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine mit eingesetztem Stator, bei dem erfindungsgemäß die Leitersegmente an ihren Endabschnitten ausgeschnittene Teile / Aussparungen aufweisen. Die Aussparungen von zwei Leitersegmenten stehen miteinander in Eingriff (formschlüssige Aufnahme), um eine feste / starre / fixierte Verbindung herzustellen. Vorzugsweise sind die miteinander fixierten Aussparungen der beiden Leitersegmente (miteinander fixierten Verbindungsbereiche) ferner durch Schweißen miteinander verbunden.
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Anders ausgedrückt wird eine Windung (Leitersegment) mit einem Ausschnitt (Aussparung), der ein paar Millimetern von der Windungsspitze (Spitze des Endbereichs des Leitersegments) entfernt ist, bereitgestellt und verwendet, wenn ähnliche Windungen (Leitersegmente) verbunden werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Teilausschnitts eines erfindungsgemäßen Stators mit einem Leitersegment mit einer Aussparung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 2 eine perspektivische Ansicht von zwei gegengleichen Leitersegmenten, gemäß 1, die noch nicht verbunden sind, welche aber gekreuzt und an ihren Verbindungsbereichen miteinander verbunden werden können;
- 3 in einer perspektivischen Ansicht einen Teilausschnitt von zwei Leitersegmenten, die noch nicht verbunden sind, wobei ein Leitersegment ein Leitersegment aus 1 ist und eine Aussparung aufweist und das andere Leitersegment ohne Aussparung ausgebildet ist;
- 4 in einer perspektivischen Ansicht einen Teilausschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators mit zwei Leitersegmenten, wobei ein erstes Leitersegment in seiner Aussparung eine Vertiefung aufweist und ein zweites Leitersegment in seiner Aussparung einen Vorsprung aufweist;
- 5 in einer perspektivischen Ansicht einen Teilausschnitt von zwei gegengleichen Leitersegmenten mit Aussparungen, die im linken Teil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden wurden und zwar überkreuzt mittels eines Formschlusses der Verbindungsbereiche und im rechten Teil in einem darauffolgenden Schritt verschweißt wurden.
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Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der Erfindung dienen. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt einen Teilausschnitt eines Leitersegments 2 eines erfindungsgemäßen Stators 1 einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Zum Verständnis ist lediglich ein Endbereich 3 des Leitersegments 2 dargestellt und der Stator 1 mit Statorkern und weiteren Leitersegmenten 2 nicht dargestellt. Das Leitersegment 2 ist als quadratische Säule ausgebildet und weist an dem Endbereich 3 einen definierten Verbindungsbereich 4 auf, welcher mit einem weiteren Leitersegment 2 verbunden werden soll. Außer des Verbindungsbereiches 4, ist das Leitersegment mit einer Isolierschicht aus Kunststoff, hier nicht dargestellt, überzogen.
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Der Verbindungsbereich 4 weist eine quaderförmige Aussparung 5 auf bzw. in dem Verbindungsbereich ist ein Quaderelement herausgeschnitten um die Aussparung 5 auszubilden. Diese Aussparung 5 ermöglicht es, ein weiteres / zweites Leitersegment 2 (siehe 5, linkes Bild) formschlüssig aufzunehmen und elektrisch zu verbinden. Die quaderförmige Aussparung 5 weist in dieser Ausführungsform zwei gleiche Seitenlängen auf. Die Breite der Aussparung 5 ist in Längsrichtung gesehen so gestaltet, dass sie der Breite des Leitersegments 2 (quadratischen Säule) entspricht, um so ein zweites Leitersegment dort formschlüssig aufnehmen und elektrisch verbinden zu können. Das Leitersegment weist in der Aussparung 5 einen quaderförmigen Aussparungsboden 6 und zwei sich gegenüberliegende Aussparungswände 7 auf.
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2 zeigt in einem noch nicht verbunden Zustand zwei Leitersegmente 2, welche in ihrem Verbindungsbereich 4 jeweils eine Aussparung 5 aufweisen, beziehungsweise einen gleichen Aufbau des Endbereichs 3 aufweisen und gegengleich angeordnet sind. Das linke Leitersegment soll im Folgenden als das erste Leitersegment 2 und das rechte Leitersegment als das zweite Leitersegment 2 bezeichnet werden. Diese Nomenklatur soll ebenfalls für 3 bis 5 gelten. In der 2 ist das zweite Leitersegment 2 gegenüber dem ersten Leitersegment 2 um 180 Grad um seine Längsachse gedreht und um 180 Grad um eine Kante der Aussparungswand 7, die senkrecht auf dem Aussparungsboden 6 steht, geschwenkt worden, sodass das zweite Leitersegment 2 nun gegengleich zu dem ersten Leitersegment 2 liegt.
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Bei einer Verbindung der gegengleichen Leitersegmente 2 (siehe linkes Bild, 5) werden die gegengleich angeordneten Leitersegmente 2 gekreuzt, so dass der eine Ausschnitt 5 des Leitersegments 2 in den anderen Ausschnitt 5 des Leitersegments 2 formschlüssig eingreift und aufgrund der gleichen Ausgestaltung der beiden Leitersegmente 2 diese formschlüssig miteinander verbindet. Der quadratische Aussparungsboden 6 des ersten Leitersegments liegt plan auf dem quadratischen Aussparungsboden 6 des zweiten Leitersegments 2 auf. Die Aussparungswände 7 greifen jeweils formschlüssig in das Leitersegment 2 ein, so dass die Leitersegmente 2 drehfest zueinander sind. Lediglich durch eine Verschiebebewegung senkrecht zum Aussparungsboden 6 lässt sich der Formschluss wieder lösen (ein verbleibender Freiheitsgrad in einer Raumrichtung). In dieser Ausführungsvariante ist eine (leichte) Presspassung vorgesehen, um ein ungewolltes Lösen zu erschweren bzw. zu unterdrücken.
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In 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform von zwei zu verbindenden Leitersegmenten 2 dargestellt, wobei das erste Leitersegment 2 das (erste) Leitersegment 2 aus 1 und 2 ist und das zweite Leitersegment 2 ein Leitersegment 2 ohne Aussparung 5 ist, also nur eine quaderförmige Säule ist. Auch hier kann wieder das zweite Leitersegment 2 mit seinem Verbindungsbereich 4 in die Aussparung 5 des ersten Leitersegments 2 eingelegt / eingesetzt werden, um formschlüssig in zumindest einer Raumrichtung eingesetzt zu sein.
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4 zeigt einen erfindungsgemäßen Stator 1 mit zwei zu verbindenden Leitersegmenten 2 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Das erste Leitersegment 2 sowie das zweite Leitersegment 2 sind im Wesentlichen wie die Leitersegmente 2 in 2 aufgebaut. Im Unterschied zu diesem ist allerdings im ersten Leitersegment 2 in dem Aussparungsboden 6 eine würfelförmige Vertiefung 8 eingelassen. Im zweiten Leitersegment 2 ist darüber hinaus ein der Vertiefung 8 komplementärer Vorsprung 9 ausgebildet, so dass bei einer Verbindung der beiden Leitersegmente 2, zusätzlich zu dem Formschluss der Aussparungen 5, die Vertiefung 8 mit dem Vorsprung 9 formschlüssig, und in diesem Ausführungsbeispiels aufgrund einer Presspassung auch noch kraftschlüssig, miteinander in Eingriff stehen.
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5 zeigt im linken Teil einen erfindungsgemäßen Stator 1 mit zwei erfindungsgemäß verbundenen Leitersegmenten 2, die in einem ersten Schritt mittels Formschluss der Verbindungsbereiche 4 bzw. der Aussparung 5 gegengleich miteinander verbunden wurden. In dieser Ausführungsform des Verfahrens schließt sich an ersten Schritt des formschlüssigen Verbindens der zweite Schritt des Schweißens der formschlüssigen Verbindung der zwei Leitersegmente 2 an. Die Verbindung der zwei Leitersegmente 2 nach dem Schritt des Schweißens / dem Schweißvorgang ist im rechten Teil der 5 dargestellt. Die formschlüssige Verbindung der zwei Leitersegmente 2 ist hier im Verbindungsbereich 4 zusätzlich stoffschlüssig verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stator
- 2
- Leitersegment
- 3
- Endabschnitt
- 4
- Verbindungsbereich
- 5
- Aussparung
- 6
- Aussparungsboden
- 7
- Aussparungswand
- 8
- Vertiefung
- 9
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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