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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Stator einer Elektromaschine und dessen Gehäuse und eine Elektromaschine, deren Verbindung ihres Stators mit einem Gehäuse durch ein derartiges Verfahren hergestellt wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Im Stand der Technik sind Statoren von Elektromaschinen bekannt, wobei die betreffende Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Generator sein kann. Der Stator wird in einem Gehäuse angeordnet, der auch als Topf bezeichnet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Gehäuse dient zum Abstützen des Stators, wodurch das Drehmoment der Elektromaschine aufgenommen werden kann. Außerdem wird durch eine starre Verbindung zwischen Stator und dessen Gehäuse eine Lärmentwicklung durch eine lose Verbindung von Stator und Gehäuse vermieden.
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Das Innenprofil des Gehäuses muss daher mit einer sehr engen Toleranz an die Außenkontur des Stators angepasst werden. Durch diese erforderlichen kleinen Toleranzen ergeben sich hohe Produktionskosten bei der Herstellung des Gehäuses. Teilweise wird der Stator noch zusätzlich mit dem Gehäuse verklebt.
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Eine Aufgabe ist daher, eine Verbindung eines Stators mit seinem Gehäuse derart herzustellen, dass eine kostengünstige Herstellung des Gehäuses ermöglicht wird.
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Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen einem Stator und einem ersten Gehäuse zur Verfügung gestellt, wobei der Stator eine erste Ausformung an seiner Außenoberfläche und das erste Gehäuse eine zweite Ausformung an seiner Innenoberfläche aufweist, umfassend die Schritte: Einfügen des Stators in das erste Gehäuse und Ein- oder Aufpressen der zweiten Ausformung in die erste Ausformung.
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Durch ein Ein- oder Aufpressen, das insbesondere durch das Verfahren des Rollens ausgeführt werden kann, ergibt sich eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem ersten Gehäuse und dem Stator.
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Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird eine Elektromaschine mit einem Stator und einem ersten Gehäuse zur Verfügung gestellt, wobei das erste Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an dem Stator angeordnet ist.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei das Ein- oder Aufpressen durch das Verfahren des Rollens erfolgt.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, wobei die erste Ausformung komplementär zur zweiten Ausformung ausgebildet ist und/oder wobei die erste Ausnehmung eine Nase ist und wobei die zweite Ausformung eine Nut ist und/oder wobei die zweite Ausformung eine Nase ist und die erste Ausformung eine Nut ist.
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Durch eine komplementäre Ausformung, beispielsweise als Nase, die in eine passende Ausnehmung, insbesondere Nut eingreift, kann das Gehäuse ein Drehmoment der Elektromaschine aufnehmen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, umfassend den Schritt zumindest teilweises Ausfüllen der Ausnehmungen zwischen den Polschuhen des Stators und/oder Ausfüllen des Innenraums des Stators, damit während des Ein- oder Aufpressens der Stator vollständig oder zumindest teilweise ausgefüllt ist.
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Durch das Ausfüllen der Innenstruktur bzw. Innengeometrie des Stators wird der Stator unterstützt, wodurch eine Beschädigung oder eine Deformation während eines Rollvorgangs verhindert wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Elektromaschine ein zweites Gehäuse umfasst, wobei zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse ein Kühlkanal zum Leiten eines Fluids ausgebildet ist und/oder wobei das Fluid eine Flüssigkeit zum Kühlen ist.
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Der Kühlkanal kann in einer alternativen Ausführungsform als Vollmantelkühlung ausgebildet sein.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse 1, 2, 3, 4, 5 oder beliebig viele Kühlkanäle ausgebildet sind, die entlang der Längsachse der Elektromaschine oder wendelförmig um die Längsachse oder mäanderförmig um die Längsachse ausgebildet sind.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Wand eines Kühlkanals sich zumindest teilweise durch die zweite Ausformung ergibt.
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Durch die Verwendung der zweiten Ausformung als Teil einer Wandung eines Kühlkanals ergibt sich für die zweite Ausformung eine Doppelfunktion, wodurch sich eine kostengünstige Herstellung des betreffenden Kühlkanals ergibt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei an dem ersten Gehäuse und/oder an dem zweiten Gehäuse eine Lagerung für einen Rotor der Elektromaschine angeordnet ist.
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Durch eine zusätzliche Ausformung eines Gehäuses des Stators als Rotorlagerung kann eine herstellungstechnisch sehr günstige Rotorlagerung bereitgestellt werden, wodurch zusätzlich ein genaues Luftspiel zwischen Rotor und Stator erzielt wird.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Elektromaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Elektrogenerator ist.
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Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, eine Verbindung eines Stators mit seinem Gehäuse dadurch herzustellen, dass das Gehäuse derart auf die Außenkontur des Stators gepresst oder gerollt wird, dass sich eine starre Verbindung zwischen Stator und Gehäuse ergibt. Durch die nachträgliche Bearbeitung ergibt sich zwischen Stator und Gehäuse eine Presspassung. Es wird daher ein alternativer Weg zur Lösung einer festen Verbindung beschrieben, wobei statt einer separaten Fertigung der Außenkontur des Stators und des Innenprofils des Gehäuses ein Zusammenfügen und Aufpressen durch Rollen des Gehäuses auf den Stator vorgenommen wird.
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Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
- 1 ein Gehäuse 3 für einen Stator in einem Querschnitt,
- 2 das Gehäuse 3 für einen Stator in einem Längsschnitt,
- 3 ein Gehäuse 3 mit durch einen ersten Rollvorgang aufgerollten Nasen 17 im Querschnitt,
- 4 das Gehäuse 3 nach einem ersten Rollvorgang mit den aufgerollten Nasen 17 in einem Längsschnitt,
- 5 einen Stator 7 in einer Draufsicht, der in einem Gehäuse 3 eingefügt ist, wobei Nasen 17 des Gehäuses 3 in Nuten 1 des Stators eingreifen,
- 6 den Stator 7 in dem Gehäuse 3 in einem Längsschnitt,
- 7 den Stator 7 in einer Draufsicht in dem Gehäuse 3,
- 8 den Stator 7 im Gehäuse 3 in einem Längsschnitt,
- 9 den Stator 7 im Gehäuse 3 in einer Draufsicht,
- 10 den Stator 7 im Gehäuse 3 nach einem weiteren Rollvorgang, wodurch Nasen 17 des Gehäuses 3 in Nuten 1 des Stators 7 eingepresst werden,
- 11 den Stator 7 in einem Querschnitt mit Nasen 17 des Gehäuses 3, die in Ausnehmungen 1 des Stators 7 eingepresst sind,
- 12 den Ausschnitt XII der 11 mit dem Stator 7 und dem Gehäuse 3,
- 13 den Stator 7 im Gehäuse 3 in einer Draufsicht bei einem weiteren Rollvorgang, wodurch Nasen 17 des Gehäuses 3 in Nuten 1 des Stators 7 eingepresst werden,
- 14 den Stator 7 im Gehäuse 3 im Querschnitt bei einem weiteren Rollvorgang, bei dem Nasen 17 des Gehäuses 3 in Nuten 1 des Stators 7 eingepresst werden,
- 15 den Ausschnitt XV der 14 mit dem Stator 7 und dem Gehäuse 3,
- 16 einen Stator 7 mit ausgefüllten Ausnehmungen 4 und ausgefülltem Innenraum zur Steigerung der mechanischen Stabilität des Stators 7,
- 17 den Ausschnitt XVII mit einem Stempel 6 bei dem zweiten Rollvorgang,
- 18 eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem ersten und einem zweiten Gehäuse 3, 18, wobei zwischen den Gehäusen 3 und 18 Kühlkanäle 12 und 13 ausgebildet sind,
- 19 eine erfindungsgemäße Elektromaschine mit Flanschen 14 zum Befestigen der Elektromaschine,
- 20 eine weitere alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei das zweite Gehäuse 18 zusätzlich als Rotorlagerung 15 ausgebildet ist und
- 21 eine noch weitere alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse 3 und 18 ein radial ausgebildeter Kühlkanal 16 angeordnet ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt ein Gehäuse 3 für einen Stator einer Elektromaschine nach einer ersten Herstellungsstufe als zu einem Zylinder geformtes Bauteil in einer Draufsicht.
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2 zeigt das Gehäuse 3 in der ersten Herstellungsstufe in einer Schnittansicht entlang seiner Längsachse 2. Das Gehäuse 3 ist zylinderförmig ausgebildet, um einen Stator passgenau aufnehmen zu können.
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3 zeigt ein Gehäuse 3 mit Nasen 17 nach einer weiteren Herstellungsstufe, die zur Fixierung des Gehäuses 3 mit einem eingefügten Stator 7 vorgesehen sind.
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4 zeigt die Nasen 17 in einer Schnittansicht des Gehäuses 3. Die Nasen 17 werden zunächst in einem ersten Herstellungsschritt vorgerollt.
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5 zeigt das Gehäuse 3 in einer nachfolgenden Herstellungsstufe, wobei ein Stator 7 in das Gehäuse 3 eingefügt ist. Der Stator 7 weist Nuten 1 auf, die komplementär zu den Nasen 17 des Gehäuses ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich eine Fixierung des Stators 7 mit dem Gehäuse 3, wodurch Momente der Elektromaschine von dem Gehäuse 3 aufgenommen werden können. Der Stator 7 weist Ausnehmungen 4 zur Aufnahme von Windungspaketen auf und Polschuhe 5 zum Führen des magnetischen Flusses.
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6 zeigt das Gehäuse 3 und den Stator 7 in Längsschnittdarstellung mit Polschuhen 5 und Ausnehmungen 4 für Windungspakete.
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7 zeigt in einer Draufsicht den Stator 7 mit dem Gehäuse 3, wobei nach einem weiteren Rollvorgang die Nasen 17 des Gehäuses 3 in die Nuten 1 eingepresst sind. Hierdurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung und der Stator 7 ist starr mit dem Gehäuse 3 verbunden.
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8 zeigt die formschlüssige Verbindung von Stator 7 und Gehäuse 3 in einer Längsschnittdarstellung.
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9 zeigt eine Draufsicht des Stators 7, der in das Gehäuse 3 derart eingefügt ist, dass die Nasen 17 des Gehäuses 3 in die Nuten 1 des Stators 7 eingreifen.
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10 zeigt in einer Längsschnittdarstellung die gefügten Bauteile.
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11 zeigt die gefügten Bauteile, nämlich Stator 7 und Gehäuse 3.
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12 zeigt den Ausschnitt XII des Querschnitts des Stators 7 mit dem Gehäuse 3, wobei die Nase 17 in die Nut 1 eingreift. Allerdings ergibt sich zwischen Nase 17 und Nut 1 ein Spiel, wodurch sich eine Lärmentwicklung der betreffenden Elektromaschine ergeben kann. Dieses Spiel wird erfindungsgemäß durch einen weiteren Rollvorgang beseitigt.
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13 zeigt das formschlüssige Verbinden der Nasen 17 mit den Nuten 1 durch einen weiteren Rollvorgang, wobei ein Prägestempel 6 die Nasen 17 in die Nuten 1 derart presst, dass sich die formschlüssige Verbindung ergibt.
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14 zeigt die Nasen 17, die in die Nuten 1 eingepresst sind.
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15 zeigt den Ausschnitt XV des Querschnitts des Stators 7 mit der Nut 1 und der Nase 17 des Gehäuses 3, wobei ein Prägestempel 6 die Nase 17 in die Nut 1 in einem zusätzlichen Rollvorgang presst. Hierdurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung.
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16 zeigt einen Stator 7, dessen Ausnehmungen 4 für die Windungspakete und dessen Innenraum mit einem Füllmaterial 10 derart ausgefüllt ist, dass sich bei einem zweiten Rollvorgang keine Veränderung der geometrischen Form des Stators 7, insbesondere keine Quetschung der Polschuhe oder Deformation der Ausnehmungen 4, ergeben kann.
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17 zeigt den Ausschnitt XVII mit dem Stempel 6 mit dem der Rollvorgang vorgenommen wird, bei dem die Nase 17 in die Nut 1 eingedrückt wird, wobei bei dem Rollvorgang vorteilhafterweise die Ausnehmungen 4 mit einem Füllmaterial 10 ausgefüllt sind. Hierdurch ergibt sich eine mechanische Stütze für die Innengeometrie des Stators 7 während des Rollvorgangs.
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18 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Stator 7, der in einem Gehäuse 3 eingefügt ist. In einer alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung ein weiteres Gehäuse 18 bzw. einen Topf auf, in den der Stator 7 mit dem Gehäuse 3 in der Weise angeordnet ist, dass sich Kühlkanäle 12 ergeben. Vorteilhafterweise können Nuten des Gehäuses 3, die sich aus der Verformung der Nasen 17 ergeben, als zumindest teilweise Wandung von Kühlkanälen 13 verwendet werden. Durch die Kühlkanäle 12 und 13 kann ein Fluid zur Kühlung der betreffenden Elektromaschine geleitet werden. Die Kühlkanäle 12 und 13 können entlang der Längsachse 2 des Stators 7 bzw. des Gehäuses 3 geführt werden oder radial ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder beliebig viele Kühlkanäle aufweisen, die spiralförmig, wendelförmig, mäanderförmig oder in einer sonstigen beliebigen Weise zwischen dem Gehäuse 3 und dem Gehäuse 18 geführt werden.
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19 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Flanschen 14 zum Befestigen der Elektromaschine.
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20 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt, wobei das Gehäuse 18 oder das Gehäuse 3 der Vorrichtung derart ausgeformt sein kann, dass sich eine Rotorlagerung für den Rotor der entsprechenden Elektromaschine ergibt.
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21 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Kühlkanal 16, der radial entlang dem Umfang ausgebildet sein kann. Es können dabei 1, 2, 3, 4, 5 oder beliebig viele Kühlkanäle ausgebildet sein, die vollständig oder teilweise um den Umfang des Gehäuses 1 geführt werden.
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Der Stator kann einstückig oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, wobei die einzelnen Statorelemente 1, 2, 3, 4, 5 oder beliebig viele Polschuhe umfassen können.
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Das Material des Gehäuses 3 und/oder des Gehäuses 18 kann je nach Anwendung des Motors aus Stahlblech, Edelstahlblech, NE-Metall (NE: Nichteisen), Aluminium oder einem sonstigen Material bestehen bzw. dieses Material umfassen.
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Beispielsweise durch die Verwendung des Materials Aluminium für das Gehäuse 3 und/oder das Gehäuse 18 kann der Wirkungsgrad der Kühlung des betreffenden Motors und daher der Motorwirkungsgrad verbessert werden.
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Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen“ weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff „ein“ und „eine“ mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt.
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Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Ausformung des Stators 7 als Nut
- 2
- Längsachse des Gehäuses
- 3
- Gehäuse
- 4
- Ausnehmung für Windungspaket
- 5
- Polschuh
- 6
- Prägestempel
- 7
- Stator
- 10
- Füllmaterial zum Stützen der Polschuhe 5 des Stators 7
- 12
- Kühlkanal zum Leiten eines Fluids
- 13
- Kühlkanal zum Leiten eines Fluids, wobei sich ein Teil der Begrenzung des Kühlkanals durch eine Nut des Gehäuses 3 ergibt
- 14
- Flansch zum Befestigen der Elektromaschine
- 15
- Rotorlagerung
- 16
- Kühlkanal zum Leiten eines Fluids, wobei der Kühlkanal im Querschnitt das Gehäuse 1 umfasst
- 17
- zweite Ausformung des Gehäuses als Nase
- 18
- weiteres Gehäuse
