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Die Erfindung bezieht sich auf ein Polgehäuse eines Stators einer elektrischen Maschine, das ein Lamellenpaket mit aufeinandergestapelten Einzellamellen aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2012 224 153 A1 ist ein Stator einer elektrischen Maschine bekannt, der ein Polgehäuse mit einem Lamellenpaket aufweist, das eine Vielzahl axial aufeinanderliegender Einzellamellen umfasst. Das Lamellenpaket mit den Lamellen bildet ein hohlzylindrisches Poljoch mit an der Innenseite über den Umfang verteilt angeordneten Polschuhen, die jeweils Statorwicklungen aufnehmen, welche über eine stirnseitig angeordnete Verschaltscheibe angesteuert werden. Die nach radial innen hineinragenden Polschuhe einer Einzellamelle sind mit dem ringförmigen Poljoch der Einzellamelle einteilig ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Polgehäuse ist Teil eines Stators einer elektrischen Maschine, beispielsweise eine Reihenschlussmaschine, die z.B. als Starter zum Starten einer Brennkraftmaschine oder Startergenerator zum Starten einer Brennkraftmaschine und zur Stromerzeugung eingesetzt werden kann. Bei der elektrischen Maschine, die diesen Stator umfasst, handelt es sich insbesondere um eine elektrisch erregte Maschine.
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Das Polgehäuse des Stators weist ein Lamellenpaket mit einer Vielzahl von Einzellamellen auf, die in Achsrichtung - bezogen auf die Längsachse von Polgehäuse bzw. Stator und elektrischer Maschine - aufeinandergestapelt sind. Jede einzelne Lamelle weist einen umlaufenden, geschlossenen Ring und radial nach innen einragende Zähne auf, wobei im aufeinandergestapelten Zustand die einzelnen Ringe der Einzellamellen ein hohlzylindrisches Poljoch bilden und die nach innen einragenden Zähne Polschuhe, welche von den Statorwicklungen des Stators umwickelt werden. Über den Umfang verteilt befinden sich mehrere Polschuhe im Polgehäuse.
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An einer Stirnseite des Poljochs ist ein Kunststoffträger angespritzt, der zur Aufnahme von Bürstenhalterungen für Bürsten dient, über die Rotorwicklungen des Rotors der elektrischen Maschine bestromt werden. Die Bürstenhalterungen, die Teil einer Bürstenanordnung sind, sind statorfest angeordnet und nehmen die Bürsten auf, die in den Bürstenhalterungen üblicherweise radial verschieblich gelagert und in Richtung auf einen rotorseitigen Kollektor kraftbeaufschlagt sind, an dem die Stirnseite der Bürsten anliegen. Der rotorseitige Kollektor und die Bürstenanordnung mit den Bürstenhalterungen und den darin gelagerten Bürsten bilden eine Kommutierungseinrichtung.
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Der Kunststoffträger befindet sich an der Stirnseite des Poljochs und ist als Kunststoff-Spritzgussbauteil ausgebildet, das an die Stirnseite des Poljochs angespritzt wird. Der Kunststoffträger ragt hierbei axial über die Stirnseite des Poljochs hinaus.
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Diese Ausführung weist verschiedene Vorteile auf. Der Kunststoffträger ist in einfacher Weise herstellbar und kann mit einfachen Maßnahmen an die konstruktiven Anforderungen zur Verbindung des Bürstenhalters mit dem Polgehäuse angepasst werden. Die Verbindung zwischen den Bürstenhalterungen und dem Polgehäuse ist ausreichend fest und sicher. Außerdem können mit einfachen Maßnahmen unterschiedliche Kunststoffträger auf das Polgehäuse aufgebracht werden, so dass mit einfachen Maßnahmen gleiche Polgehäuse mit unterschiedlichen Bürstenhalterungen oder unterschiedliche Polgehäuse mit gleichen Bürstenhalterungen verbunden werden können. Der Kunststoffträger kann im Hinblick auf seine axiale Erstreckung und den axialen Überstand über die Stirnseite des Poljochs, seine radiale Dicke und im Hinblick auf Ausnehmungen und Vorsprünge in Achsrichtung und/oder in Radialrichtung in einfacher Weise angepasst werden. Darüber hinaus weist der Kunststoffträger ein verhältnismäßig geringes Gewicht auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist der stirnseitig angespritzte Kunststoffträger eine oder mehrere Einstecköffnungen zur Aufnahme von Kontaktschienen zur elektrischen Kontaktierung von Bürsten in den Bürstenhalterungen auf. Die Kontaktschienen werden mit Wicklungsdraht der Statorwicklungen, welche um die Polschuhe gewickelt werden, verbunden, um im Fall einer Reihenschlussmaschine eine Reihenschaltung der Statorspulen mit den Rotorspulen herzustellen. Die Ansteuerung der Statorspulen erfolgt über einen Kontaktring an der gegenüberliegenden Stirnseite des Polgehäuses, der als eine Verschaltscheibe ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen einer Kontaktschiene und einer Statorwicklung kann beispielsweise mittels Fixierungsteilen, insbesondere Klemmverbindungsteilen wie z.B. Quetsch- bzw. Crimphülsen, an der Kontaktschiene erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindung geschweißt oder gelötet sein.
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In den Kunststoffträger kann eine weitere Einstecköffnung für eine Dichtung eingebracht sein, welche eine Stromschiene in der Bürstenanordnung von dem Polgehäuse separiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Innenseite des Poljochs mindestens teilweise eine angespritzte Kunststoffbedeckung auf. Diese Kunststoffbedeckung befindet sich vorzugsweise an der gesamten Innenseite des Poljochs, mit Ausnahme der radial nach innen weisenden Polschuhinnenseiten der Polschuhe, welche frei von Kunststoffmaterial sind. Die Kunststoffbedeckung an der Innenseite des Poljochs ist vorzugsweise einteilig mit dem Kunststoffträger an der Stirnseite des Poljochs ausgebildet und kann insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsgang durch Aufspritzen des Kunststoffmaterials auf das Polgehäuse hergestellt werden. Die angespritzte Kunststoffbedeckung an der Innenseite des Poljochs stellt eine elektrische Isolierung dar, auf die die Statorwicklungen beim Bewickeln der Polschuhe aufgebracht werden, so dass der Wicklungsdraht der Statorwicklungen vom Polgehäuse separiert ist. Vorteilhafterweise sind auch die Polschuhe mit Ausnehmung der radial nach innen weisenden Polschuhinnenseiten von dem Kunststoff umspritzt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung liegt der stirnseitig angespritzte Kunststoffträger, welcher zur Aufnahme der Bürstenhalterungen dient, in Radialrichtung gesehen innerhalb der äußeren Mantelfläche des Poljochs. Somit steht der angespritzte Kunststoffträger zwar axial über die Stirnseite des Polgehäuses über, er liegt jedoch innerhalb der radialen Außenmantelfläche und beansprucht keinen zusätzlichen radialen Bauraum.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Poljoch an der Stirnseite, die dem angespritzten Kunststoffträger gegenüberliegt, eine ebenfalls angespritzte Kunststoffaufnahme zur Aufnahme eines Kontaktrings bzw. einer Schaltscheibe auf. Auch die an dieser Stirnseite angespritzte Kunststoffaufnahme ist vorzugsweise einteilig mit der innenliegenden, angespritzten Kunststoffbedeckung ausgebildet und wird in einem gemeinsamen Arbeitsschritt mit der Kunststoffbedeckung und dem axial gegenüberliegenden Kunststoffträger durch Aufspritzen von Kunststoff hergestellt. Die Kunststoffaufnahme weist beispielsweise eine oder mehrere Ausnehmungen auf, welche an der Innenseite des Poljochs liegen und somit nicht axial über die Stirnseite des Poljochs hinausragen. Diese Ausnehmungen bzw. Aussparungen dienen zur Aufnahme und Befestigung des Kontaktrings, beispielsweise zur Aufnahme von Haken oder sonstigen Verbindungselementen am Kontaktring. Die Kunststoffaufnahme befindet sich vorzugsweise im Wesentlichen oder vollständig innerhalb des Poljochs und ragt nicht oder nur mit einzelnen überstehenden Bauteilen über die Stirnseite des Polgehäuses axial hinaus.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf die Stirnseite eines Polgehäuses eines Stators, auf die Bürstenhalterungen aufsetzbar sind,
- 2 eine 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit Statorwicklungen, die auf innenliegende Polschuhe des Polgehäuses aufgebracht sind,
- 3 eine weitere perspektivische Ansicht des Polgehäuses mit einer Darstellung der gegenüberliegenden Stirnseite,
- 4 eine Einzellamelle des Polgehäuses in Draufsicht,
- 5 der Stator mit aufgesetzten Bürstenhalterungen in Draufsicht,
- 6 eine perspektivische Ansicht des Polgehäuses und der Bürstenhalterungen.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren ist ein Polgehäuse 1 eines Stators einer elektrischen Maschine dargestellt, das sich aus einer Reihe aufeinandergestapelter Einzellamellen 2 (4) zusammensetzt, die bezogen auf die Längsachse des Polgehäuses bzw. der elektrischen Maschine aufeinandergestapelt und jeweils gleich aufgebaut sind. Jede Einzellamelle 2 umfasst ein ringförmiges, umlaufendes Poljoch 3 sowie Polschuhe 4 an der Innenseite des Poljoches, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind und zur Aufnahme jeweils einer Statorwicklung dienen. Die Polschuhe 4 bilden Statorzähne, die radial nach innen gerichtet sind und jeweils eine Statorwicklung aufnehmen. Im Ausführungsbeispiel sind im 90°-Winkelabstand verteilt insgesamt vier Polschuhe 4 an der Innenseite des Poljoches 3 angeordnet. Jede Einzellamelle 2 ist vorzugsweise als Blechstanzteil ausgebildet, wobei das Poljoch 3 und die Polschuhe 4 als einteiliges Bauteil ausgeführt sind.
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An die Innenseite des Polgehäuses 1 und an die Stirnseite des Polgehäuses 1 ist Kunststoff angespritzt. Der Kunststoff an der Innenseite des hohlzylindrischen Poljochs 1 bildet eine Kunststoffbedeckung 5, der Kunststoff, der an der axialen Stirnseite des Polgehäuses 1 angeordnet ist und axial das Polgehäuse überragt, bildet einen Kunststoffträger 6. Die Kunststoffbedeckung 5 an der Innenseite und der Kunststoffträger 6 an der Stirnseite sind einteilig ausgebildet. Die Kunststoffbedeckung 5 erstreckt sich mit der Ausnahme der radial nach innen gerichteten Innenseite der Polschuhe 4 über die gesamte Innenseite des Poljoches 3 und dient unter anderem zur elektrischen Isolierung der aufgebrachten Statorwicklungen 7 (2) vom Polgehäuse 1.
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Der Kunststoffträger 6 an der Stirnseite des Polgehäuses 1 weist über den Umfang verteilt mehrere Einstecköffnungen 8 zur Aufnahme von Kontaktschienen 9 auf, die zur elektrischen Kontaktierung mit den Bürsten in Bürstenhalterungen dienen. Die Kontaktschienen 9 sind, wie den 2 und 6 zu entnehmen, mittels Crimphülsen elektrisch mit den Statorwicklungen 7 verbunden.
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Außerdem sind in den Kunststoffträger 6 Aussparungen 10 eingebracht, die zur Aufnahme der Bürstenhalterungen 11 (5, 6) dienen. Die Bürstenhalterungen 11 nehmen Bürsten 12 auf, die radial verschieblich in den Bürstenhalterungen 11 angeordnet sind und deren Stirnseite an der Mantelfläche eines Kollektors 13 zur Bestromung der Rotorwicklungen anliegen, wobei der Kollektor 13 drehfest mit der Rotorwelle des Rotors der elektrischen Maschine verbunden ist. Die statorseitige Bürstenanordnung mit den Bürstenhalterungen 11 und den Bürsten 12 sowie der rotorseitige Kollektor 13 bilden eine Kommutierungseinrichtung zur Stromübertragung und -wendung auf die Rotorwicklungen des Rotors.
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Der Kunststoffträger 6 an der Stirnseite des Polgehäuses 1 steht axial über das Polgehäuse 1 über, in Radialrichtung liegt der Kunststoffträger 6 innerhalb der äußeren Mantelfläche des Polgehäuses 1 und des Poljoches 3. Hiermit ist sichergestellt, dass durch das Aufbringen des Kunststoffträgers 6 in Radialrichtung kein zusätzlicher Bauraum beansprucht wird.
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Der Kunststoffträger 6 kann mit einfachen Maßnahmen an unterschiedliche Polgehäuse 1 und an unterschiedliche Bürstenhalterungen sowie verschiedene Kontaktschienen 9 angepasst werden. Dies ermöglicht es, eine hohe Anzahl an Gleichteilen für verschiedene elektrische Maschinen zu verwenden.
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Auf der dem Kunststoffträger 6 gegenüberliegenden Stirnseite des Polgehäuses 1 ist die Kunststoffbedeckung 5 an der Innenseite des Poljochs 3 mit Ausnehmungen 14 versehen (3), die eine Kunststoffaufnahme zur Aufnahme eines Kontaktrings bzw. einer Verschaltscheibe dienen, über die die Bestromung der Statorwicklungen gesteuert wird. Die Aussparungen 14 erstrecken sich an der Innenseite des Poljochs 3, sie reichen bis zur axialen Stirnseite des Poljoches. In die Aussparungen 14 können Verbindungselemente des Kontaktringes, beispielsweise Haken oder dergleichen eingeführt werden.
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In 5 ist der Stator 15 mit dem Polgehäuse 1 und den Statorwicklungen 7 einschließlich der Bürstenanordnung mit den Bürstenhalterungen 11 in Draufsicht dargestellt. Eine Stromschiene 16 (5, 6) zur Stromversorgung von zwei der vier Statorwicklungen 7 ist mit einer Strom litze 17 (Klemme 45) verbunden. Zur elektrischen Isolierung gegenüber dem Polgehäuse 1 befindet sich im Übergang zwischen der Stromlitze 17 zur Stromschiene 16 eine Dichtung 18, die in eine Aussparung 19 eingesetzt wird, welche in den Kunststoffträger 6 eingebracht ist.
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Die Aussparungen 10 im Kunststoffträger 6 dienen zur Aufnahme von axial nach unten vorspringenden Nasen 20 an den Bürstenhalterungen 11.
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Zum leichteren Einführen und Zentrieren kann es zweckmäßig sein, die Vorsprünge, Nasen und dergleichen an der Bürstenanordnung, die in Ausnehmungen und Aussparungen im Kunststoffträger 6 eingesetzt werden, mit einer Phase zu versehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012224153 A1 [0002]
