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Die Erfindung geht aus von einem Stator für einen elektrischen Antrieb sowie einer Isolierlamelle nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Es ist bereits ein Wickelkörper mit einem Wickelgrundkörper bekannt, welcher sich radial erstreckende Zähne und zwischen den Zähnen angeordnete Nuten aufweist. Auch ist bekannt die Wicklungen des Wickelkörpers und den Wickelgrundkörper durch eine Isolierlamelle elektrisch voneinander zu trennen.
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Ferner ist es bekannt, dass der Wickelkörper aufgrund der Form und Funktion der Isolierlamelle in axialer Richtung abschnittsweise hoch aufbaut. Dies geht jedoch zu Lasten der axialen Bauhöhe eines solchen Wickelkörpers, was wiederum einen erhöhten Platzbedarf für den entsprechenden Elektromotor zur Folge hat.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Wickelkörper, insbesondere einem Stator für einen elektrischen Antrieb, mit einem im Wesentlichen ringförmigen Wickelgrundkörper, welcher radiale Zähne zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen aufweist, wobei an einer ersten Stirnseite des Wickelgrundkörpers eine Isolierlamelle angeordnet ist, die die aus Wickeldraht gewickelten Wicklungen gegenüber dem Wickelgrundkörper isoliert. Es wird vorgeschlagen, dass die Isolierlamelle wenigstens einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt über wenigstens ein Verbindungsmittel am zweiten Abschnitt angeordnet ist und wobei der Wickelgrundkörper eine zum ersten Abschnitt korrespondierende Ausnehmung aufweist und der erste Abschnitt gegenüber dem zweiten Abschnitt in die Ausnehmung versenkt ausgebildet ist.
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Der erfindungsgemäße Wickelkörper mit der erfindungsgemäßen Isolierlamelle und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass der erste Abschnitt der Isolierlamelle zumindest teilweise in Axialrichtung in den Wickelgrundkörper eingelassen beziehungsweise versenkt werden kann. Auf diese Weise kann die axiale Bauhöhe des Wickelkörpers minimiert werden, ohne dass die Leistung des elektrischen Antriebes reduziert wird. Darüber hinaus lässt sich der erfindungsgemäße Wickelkörper einfach und kostengünstig herstellen. In besonders vorteilhafter Weise lässt sich der erste Abschnitt der Isolierlamelle ohne zusätzlichen Montageschritt in die Ausnehmung am Wickelgrundkörper eindrücken. Ein solches Eindrücken des ersten Abschnittes der Isolierlamelle kann beispielsweise über das axiale Einschieben weiterer Bauteile, wie beispielsweise eines Fixierelementes zur Fixierung von Wickeldrähten erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei einem solchen Wickelkörper um einen Stator eines elektrischen Antriebes.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem Begriff Verbindungsmittel insbesondere ein Mittel verstanden werden, welches den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt während der Montage miteinander verbindet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Verbindungsmittel beschränkt, welche am erfindungsgemäßen Wickelkörper im endgültig montierten Zustand eine bestehende Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Isolierlamelle bereitstellen. Erfindungswesentlich ist hierbei lediglich, dass das Verbindungsmittel im Herstellungsprozess des Wickelkörpers zumindest zeitweise eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt bereitstellt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem Begriff korrespondierende Ausnehmung vorzugsweise eine solche Ausnehmung verstanden werden, deren Querschnitt im Wesentlichen deckungsgleich zum ersten Abschnitt der Isolierlamelle ausgebildet ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Ausnehmung einen gegenüber dem ersten Abschnitt vergrößerten Querschnitt aufweist. Erfindungswesentlich ist, dass die Ausnehmung derart gestaltet ist, dass sie den ersten Abschnitt aufnehmen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Querschnitt der Ausnehmung und des ersten Abschnittes derart ausgebildet, dass beim axialen Fügen entweder ein Spiel oder ein Übermaß bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß ist das Größtmaß des Querschnittes der Ausnehmung größer oder gleich groß wie das Kleinstmaß des Querschnittes des ersten Abschnittes. Bei der Montage des erfindungsgemäßen Wickelkörpers wird der erste Abschnitt relativ zum zweiten Abschnitt in die Ausnehmung hineingeschoben.
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Ferner kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem im Wesentlichen ringförmigen Wickelgrundkörper insbesondere auch ein solcher Wickelgrundkörper verstanden werden, bei welchem sich ausgehend von einem im Wesentlichen ringförmigen Grundelement in radialer Richtung die Zähne erstrecken.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der unabhängigen Merkmale.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das wenigstens eine Verbindungsmittel der Isolierlamelle eine Sollbruchstelle aufweist, wobei im eingebauten Zustand der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt getrennt voneinander ausgebildet sind.
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Unter einer Sollbruchstelle kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine solche Verbindung verstanden werde, bei welcher die Bruchtrennung zur geplanten Funktion beiträgt. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es zu diesem Zweck vorgesehen sein, dass das Verbindungsmittel eine Einkerbung, Verjüngung oder Einritzung aufweist, sodass das Verbindungsmittel durch die Kerbwirkung entscheidend geschwächt wird. Bei der Montage, bei welcher eine Montagekraft auf die Sollbruchstelle aufgebracht wird, versagt diese gezielt, sodass nach der Montage der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Isolierelementes als separate Bauteile vorliegen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein solches Verbindungsmittel ein Steg mit einer entsprechenden Sollbruchstelle sein.
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Alternativ zu einer Sollbruchstelle oder zusätzlich hierzu kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ferner vorgesehen sein, dass das Verbindungmittel in Axialrichtung verformbar ausgebildet ist. Die Relativbewegung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt kann somit in vorteilhafter Weise durch eine elastische und alternativ hierzu oder zusätzlich durch eine plastische Verformung des Verbindungsmittels bereitgestellt werden. Ein derart verformbares Verbindungsmittel kann beispielsweise über einen dünnen, biegeelastischen Blechstreifen bereitgestellt werden. Erfindungswesentlich ist hierbei lediglich, dass der erste Abschnitt durch eine Bewegung relativ zum zweiten Abschnitt zumindest teilweise in Axialrichtung in der Ausnehmung versenkt beziehungsweise eingelassen werden kann. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft die axiale Bauhöhe des elektrischen Antriebes reduziert werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter der Axialrichtung im Wesentlichen die Richtung der Symmetrieachse des Wickelgrundkörpers verstanden werden. Entsprechend erstreckt sich die erste Stirnseite des Wickelkörpers im Wesentlichen in einer Orthogonalebene zur Axialrichtung.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wickelgrundkörper aus einzelnen ringförmig geschlossenen, axial gestapelten Blechlamellen ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Ausnehmung im Bereich der ersten Stirnseite ausgebildet ist, besonders bevorzugter Weise an den der ersten Stirnseite zugewandten ersten Blechlamellen. Eine Ausbildung der Ausnehmung an lediglich einigen wenigen Blechlamellen hat den Vorteil, dass die übrigen Blechlamellen derart rotationssymmetrisch ausgestaltet werden können, dass diese bei der Montage gegenüber den entsprechend benachbarten Blechlamellen verdreht werden kann. Ferner beeinflusst die Ausbildung der Ausnehmung an lediglich den ersten Blechlamellen die Leistung des elektrischen Antriebes in vorteilhafterweise nicht wesentlich. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ausnehmung in den ersten 4 bis 6 Blechlamellen ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass am ersten Abschnitt der Isolierlamelle ein sich in Axialrichtung erstreckender Kragen zur tangentialen Führung des Wickeldrahtes angeordnet ist. Mit anderen Worten der Kragen bildet einen radialen Anschlag für die Wickeldrähte, sodass diese nicht in den mittig angeordneten Lagerbereich des elektrischen Antriebes hineinragen. Durch das Verschieben des ersten Abschnittes der Isolierlamelle in die Ausnehmung hinein, wird in vorteilhafter Weise der am ersten Abschnitt angeformte Kragen ebenfalls in die Ausnehmung verschoben und baut somit in Axialrichtung weniger beziehungsweise nicht mehr auf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unter dem Begriff Kragen ein Vorsprung beziehungsweise eine Trennwand verstanden werden, welche in Axialrichtung über die Kontur der Isolierlamelle hinaussteht. Vorzugsweise weist der Kragen in Axialrichtung eine Höhe von einigen Millimetern, besonders bevorzugterweise zwischen 6mm und 9mm auf. Dies hat den Vorteil, dass beim Bewickeln der Zähne der Wickeldraht nicht in den freien Lageraufnahmebereich hineinragen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Kragen vollständig umlaufend am Innenumfang der Isolierlamelle angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Kragen durch Vorsprünge ausgebildet ist, welche dazu geeignet sind den Wickeldraht tangential zu führen.
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Vorzugsweise sind der erste Abschnitt und alternativ hierzu oder zusätzlich auch der zweite Abschnitt der Isolierlamelle im Wesentlichen umlaufend ausgebildet, wobei der erste und der zweite Abschnitt vorzugsweise konzentrisch, zueinander angeordnet, wobei der erste Abschnitt radial innen gegenüber dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind dabei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei unter dem Begriff ringförmig insbesondere auch solche Ausführungsformen verstanden werden können bei welcher die Außenkontur und alternativ hierzu oder zusätzlich auch die Innenkontur der ringförmigen Abschnitte eine vom Kreis abweichende Form aufweisen. So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Außenkontur und alternativ hierzu oder zusätzlich die Innenkontur eine elliptische oder vieleckige Kontur aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein Ausgleichsspalt angeordnet. Dieser Ausgleichsspalt ermöglich ein reibungsfreies, axiales Verschieben des ersten und des zweiten Abschnittes relativ zueinander. Ein solcher Ausgleichsspalt ist vorzugsweise gleichmäßig umlaufend angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die Isolierlamelle ein Führungsmittel aufweist, welches in Nuten zwischen den Zähnen radial innen angeordnet ist. Dieses Führungsmittel führt im montierten Zustand wenigstens einen Wickeldrahtabschnitt des die Wicklung bildenden Wickeldrahtes. Vorzugsweise wird der Wickeldraht über das Führungsmittel in Axialrichtung aus dem Wickelgrundkörper geleitet. Das Herausleiten des Wickeldrahtes in axialer Richtung aus dem Wickelgrundkörper durch ein Führungsmittel des ermöglicht in vorteilhafter Weise eine erleichterte Kontaktierung, bzw. Verbindung der Wicklungsleiter mit weiteren Bauteilen, insbesondere der Elektronik außerhalb des Wickelgrundkörpers. Vorteilhaft ist ferner, dass das Führungsmittel den geführten Wickeldrahtabschnitt von der Wicklung selbst trennt. Durch diese Trennung kann eine mögliche elektrische Kontaktierung und damit einhergehend ein Kurzschluss verhindert werden. Durch die vereinfachte Montage können in vorteilhafter Weise die Herstellungskosten eines solchen elektrischen Antriebes gesenkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind in einer Nut, das heißt zwischen zwei Zähnen, jeweils zwei Führungsmittel ausgebildet. Insbesondere werden je Wickeldraht zwei Führungsmittel benötigt. Bei einem dreiphasigen Elektromotor und damit einhergehend wenigstes drei Wickeldrähten sind somit vorzugsweise wenigstens sechs Führungsmittel vorgesehen. Eine solche Führung der Wickeldrahtabschnitte der Wickeldrähte mittels einem Führungsmittel der hier zur Rede stehenden Art kann in vorteilhafter Weise eine kompakte Bauweise des elektrischen Antriebes erzielt werden, was sich wiederum positiv auf den benötigten Bauraum auswirkt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Fixierelement vorgesehen ist, welches wenigstens einen im montierten Zustand in Axialrichtung in den Wickelgrundkörper eingreifenden Fixiervorsprung aufweist. Dieser Fixiervorsprung ist vorteilhafter Weise dazu ausgebildet ist die entsprechenden Wickeldrahtabschnitte des Wickeldrahtes in dem wenigstens einem Führungsmittel tangential und alternativ hierzu oder zusätzlich axial zu fixieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Isolierlamelle einteilig hergestellt. Insbesondere als Kunststoffspritzgussteil lässt sich eine erfindungsgemäße Isolierlamelle mit den beiden Abschnitten besonders kostengünstig und einfach herstellen. Vorzugsweise ist die Isolierlamelle derart ausgebildet, dass der erste Abschnitt über den zweiten Abschnitt und die als Fließhilfen ausgebildeten Stege mit angespritzt werden kann. Neben einer als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Isolierlamelle ist es ferner denkbar, dass die Isolierlamelle aus Keramik ausgebildet ist.
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Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wickelkörpers wird in vorteilhafter Weise in einem ersten Schritt die Isolierlamelle auf der ersten Stirnseite des Wickelgrundkörpers angeordnet. Anschließend werden die Zähne bewickelt, wobei der Wickeldraht abschnittsweise über den ersten Abschnitt der Isolierlamelle geführt wird. Vorzugsweise bleiben während dem Wickelvorgang der erste und der zweite Abschnitt über das Verbindungsmittel miteinander verbunden und sind im Wesentlichen in einer Radialebene zueinander angeordnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann es nunmehr vorgesehen sein, dass die Wicklungsdrahtenden nach der Wicklung durch die Führungsmittel in Axialrichtung aus dem Wickelgrundkörper geführt werden. Nach dem Bewickeln der Zähne wird der erste Abschnitt der Isolierlamelle in Axialrichtung in die entsprechende Ausnehmung des Wickelgrundkörpers hineinverschoben beziehungsweise versenkt. Durch das Eindrücken des ersten Abschnittes, welcher insbesondere durch den dort angeformten Kragen in Axialrichtung hoch aufbaut, kann in vorteilhafter Weise die Bauhöhe des elektrischen Antriebes und damit einhergehend der benötigte Bauraum reduziert werden.
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Vorzugsweise erfolgt die axiale Verschiebung des ersten Abschnittes gegenüber relativ zum zweiten Abschnitt gemeinsam mit dem Einführen eines Fixierelementes beziehungsweise eines Fixiervorsprunges in das Führungsmittel. Das Fixierelement verklemmt dabei den Wickeldraht im Führungsmittel und positioniert ihn axial und tangential. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise ein zusätzlicher Montageschritt zur axialen Verschiebung des ersten Abschnittes in die Ausnehmung hinein vermieden werden, was sich positiv auf die Fertigungszeiten und damit einhergehend die Produktionskosten eines solchen Wickelkörpers auswirkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das axiale verschieben beziehungsweise Eindrücken des ersten Abschnittes der Isolierlamelle in die am Wickelgrundkörper ausgebildete Isolierlamelle unter Bruch der Sollbruchstelle des Verbindungsmittels. Entsprechend liegen im montierten Zustand der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt als separate Bauteile vor.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Wickelkörper in einer radialen Schnittebene,
- 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wickelkörper,
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers im unbewickelten Zustand,
- 3a eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Isolierlamelle,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes eines erfindungsgemäßen Wickelkörpers.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Wickelkörpers 12 in einer radialen Schnittebene. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Wickelkörper 12 um einen Stator. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, weist der Stator 12 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung einen Wickelgrundkörper 14 mit sich radial nach außen erstreckenden Zähne 16 zur Aufnahme von elektrischen Wicklungen 18 auf. Zwischen den Zähnen 16 sind jeweils Nuten 22 angeordnet. Innerhalb dieser Nuten 22 verlaufen die um den jeweiligen Zahn 16 gewickelten Wickeldrähte 20. Zwischen den Zähnen 16 und dem Wickelgrundkörper 14 ist eine Isolierlamelle 24 angeordnet. Die Isolierlamelle 24 verhindert dabei in vorteilhafter Weise eine elektrische Verbindung zwischen dem Wickeldraht 20 und dem Wickelgrundkörper 14. Ferner verhindert die Isolierlamelle 24 in vorteilhafter Weise eine Beschädigung des Wickelgrundkörpers 14 und alternativ hierzu oder zusätzlich des Wickeldrahtes 20 bei der Bewicklung der Zähne 16. Insbesondere eine Beschädigung der Beschichtung eines Wickeldrahtes 20 im Bereich der obersten Kante des Wickelgrundkörpers 14 kann durch eine solche Isolierlamelle 24 in vorteilhafter Weise verhindert werden.
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Der Wickelgrundkörper 24 kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus einzelnen ringförmig geschlossenen, axial gestapelten Blechlamellen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die einzelnen Blechlamellen durch zusätzliche Isolationsschichten voneinander getrennt.
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Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, weist die Isolierlamelle 24 im Bereich der Nuten 22 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung jeweils Führungsmittel 26 auf. Dieses Führungsmittel 26 dient der Führung eines Wickeldrahtabschnittes 28 eines Wickeldrahtes 20. Die Führung beziehungsweise Leitung des Wickeldrahtabschnittes 28 erfolgt durch die Anordnung des entsprechenden Wickeldrahtabschnittes 28 innerhalb des Führungsmittels 26. Der Wickeldraht 20 wird über das Führungsmittel 26 aus dem Wickelgrundkörper 14 in Axialrichtung heraus- beziehungsweise hineingeführt. Der Wickeldrahtabschnitt 28 ist dabei vorzugsweise ein Wickeldrahtanfang oder ein Wickeldrahtende.
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2 zeigt einen Stator 12 in einer Draufsicht. Auf dem Wickelgrundkörper 14 ist an einer ersten Stirnseite 30 eine Isolierlamelle 24 angeordnet, die näherungsweise die gesamte Fläche der ersten Stirnseite 30 des Wickelgrundkörpers 14 abdeckt. Die Isolierlamelle 24 erstreckt sich beispielsweise auch in Axialrichtung 29 entlang der Zähne 16. 2 zeigt entsprechend eine Draufsicht auf die erste Stirnseite 30.
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Neben der an der ersten Stirnseite 30 angeordneten Isolierlamelle 24 kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auch denkbar sein, dass eine zweite Isolierlamelle 25 an der entsprechenden gegenüberliegenden Stirnseite 32 des Wickelgrundkörpers 14 angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind dabei beide Isolierlamellen 24, 25 vollständig umlaufend ausgebildet. Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Isolierlamellen 24, 25 als separate Bauteile ausgebildet sind, welche jeweils axial auf der ersten Stirnseite 30 beziehungsweise der zweiten Stirnseite 32 des Wickelgrundkörpers 14 gefügt werden.
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2 zeugt einen Stator 12 in einer Draufsicht. Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, weist der Stator 12 einen im Wesentlichen ringförmigen Wickelgrundkörper 14 mit sich radial nach außen erstreckenden Zähnen 16 auf. Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform sind dabei umlaufend am inneren Ring des Stators 12 gleichmäßig beabstandet Zähne 16 angeordnet. Zwischen den Zähne 16 sind jeweils Nuten 22 angeordnet. Innerhalb dieser Nuten 22 verlaufen die um den jeweiligen Zahn 16 gewickelten Wickeldrähte 20.
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In 2 ist eine Wicklung 18 schematisch dargestellt. Bei einem elektrischen Antrieb der hier zur Rede stehenden Art handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Antrieb welcher drei Phasen U, V, W aufweist. Der Stator 12 weist zu diesem Zweck vorzugsweise drei Wickeldrähte 20 auf, welche um die Zähne 16 des Wickelgrundkörpers 14 gewickelt werden und die Wicklungen 18 des Stators 12 bilden. Wie in 2 zu erkennen ist, ist jeder der Wickeldrähte 20U, 20V, 20W, abwechselnd um jeden dritten Zahn 16 gewickelt. Jeder dieser Wickeldrähte 20U, 20V, 20W weist vorzugsweise zwei Wickeldrahtabschnitte 28 auf, welche durch ein entsprechendes Führungsmittel 26 geführt sind. Wie in 2 zu erkennen ist, sind die Wickeldrahtabschnitte 28 der Wickeldrähte 20U, 20V, 20W entsprechend innerhalb des Führungsmittels 26 angeordnet.
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Wie in 2 ferner deutlich zu erkennen ist, kreuzen die Wickeldrähte 20U, 20V, 20W bei ihrer Überführung zu entsprechenden nächsten Zahn 16 ihrer Phase U, V, W den Innenbereich des Stators 12. Zur Aufnahme der Lagerung eines Rotors eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebes, weist der Stator 12, wie in 2 zu erkennen ist, eine um die Drehachse des Rotors mittig angeordnete Öffnung 36 auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bewicklung der Zähne 16 mittels Nadelwickeltechnik. Da die den Innenbereich kreuzenden Wickeldrähte 20U, 20V, 20W nicht in den Lagerbereich beziehungsweise die Öffnung 36 hineinragen dürfen, ist am Innenrumfang der Isolierlamelle 24 ein sich in Axialrichtung erstreckender, umlaufender Kragen 38 angeordnet, welcher die Wickeldrähte 20U, 20V, 20W tangential führt. Da während dem Wickelprozess die Wickelnadel die bereits bewickelten Zähne 16 nicht berühren darf und der Wickeldraht 20 bei seinem Austritt aus der Wickeldüse einen Bogen bilden, ist es in der Regel notwendig, dass der umlaufende Kragen 38 in Axialrichtung eine entsprechende Mindesthöhe aufweist, was dazu führt, dass der Stator 12 im Innenbereich höher ausgebildet ist als im Außenbereich. Entsprechend kann es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der umlaufende Kragen 38 eine axiale Höhe zwischen 6mm und 9mm, vorzugsweise zwischen 7mm und 8mm aufweist.
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3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform des Stators 12 in unbewickeltem Zustand vor der Montage. Der Stator 12 weist eine erste Stirnseite 30 auf, auf welcher im montierten Zustand die Isolierlamelle 24 angeordnet ist. Die Isolierlamelle 24 weist zur Führung der Anfangs- beziehungsweise Endwickeldrahtabschnitte 28 Führungsmittel 26 auf, welche radial innen im Bereich der Nuten 22 angeordnet sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Wickeldrahtabschnitte 28 in diesen Führungsmitteln 26 in Axialrichtung 24 aus dem Stator 12 herausbeziehungsweise in den Stator 12 hineingeführt.
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Wie in 3 deutlich zu erkennen ist weist das Führungsmittel 26 eine Führungsmittelnut und ein Trennmittel auf. Das Trennmittel ist vorzugsweise als Ausbuchtung an der Isolierlamelle 24 ausgebildet und trennt den Wickeldrahtabschnitt 28 von dem Teil des Wickeldrahtes 20, welcher um den Zahn 16 gewickelt eine Wicklung 18 bildet. Vorzugsweise entspricht die Länge des Trennmittels in Umfangrichtung ferner im Wesentlichen der Dicke eines Wickeldrahtes 20.
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Wie in 3 deutlich zu erkennen ist, ist am Innenumfang des Isolierelementes 24 ein umlaufender Kragen 38 ausgebildet, welcher, wie eingangs erläutert, die Funktion einer dünnwandigen Trennwand zwischen den, den Innenraum kreuzenden, Wickeldrähte 20U, 20V, 20W und der Öffnung 36 für die Lagerung bereitstellt. Wie in 3 zu erkennen ist, erstreckt sich der umlaufende Kragen 38 in Axialrichtung 34. Die Isolierlamelle 24 weist einen ersten im Wesentlichen ringförmigen Abschnitt 40 und einen zweiten im Wesentlichen ringförmigen Abschnitt 42 auf. Der erste Abschnitt 40 ist radial innen angeordnet. Beide Abschnitte 40, 42 sind im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet. Erfindungsgemäß ist der erste Abschnitt 40 über ein Verbindungsmittel 44 mit dem zweiten Abschnitt 42 verbunden. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungsmittel 44 als Steg ausgebildet.
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Ferner weist der Wickelgrundkörper 14 eine Ausnehmung 46 auf, deren Form zum ersten Abschnitt 46 korrespondierend, insbesondere im Wesentlichen deckungsgleich ausgebildet ist. Die Ausnehmung 46 ist dabei erfindungsgemäß radial innen im Bereich der ersten Stirnseite 30 des Wickelgrundkörpers 14 ausgebildet. Bevorzugter Weise ist der Wickelgrundkörper 14 aus einzelnen ringförmig geschlossenen, axial gestapelten Blechlamellen ausgebildet ist, sodass die Ausnehmung 46 in den der ersten Stirnseite 30 zugewandten ersten Blechlamellen, insbesondere in den ersten 4 bis 6 Blechlamellen ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Ausnehmung eine Tiefe von einigen wenigen Millimetern, insbesondere zwischen 4mm und 6 mm auf.
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Wie in 3 zu erkennen ist, weist der Wickelgrundkörper 14 einen Trägerring 48 mit einem Trägerringdurchmesser 50 auf, von welchem sich in Radialrichtung die Zähne 16 nach außen erstrecken. Vorteilhafterweise weist die Ausnehmung 46 einen kleineren Durchmesser als den Trägerringdurchmesser 50, sodass sichergestellt werden kann, dass über den Innensteg 52 des Wickelgrundkörpers 14, dem sogenannten Joch, der Magnettfluss möglich ist.
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Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, dass das Isolierelement 24 derart ausgebildet ist, dass der erste Abschnitt 40 gegenüber dem zweiten Abschnitt 42 in Axialrichtung 34 in die Ausnehmung 46 bewegbar ausgebildet ist. Nach dem Aufstecken der Isolierlamelle 24 auf den Wickelgrundkörper 14 wird dabei der erste Abschnitt 42 der Isolierlamelle 24 axial in die korrespondierende Ausnehmung 46 eingedrückt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zu diesem Zweck das Verbindungsmittel 44 beziehungsweise der Steg als Sollbruchstelle ausgebildet, sodass nach dem axialen Einschieben des ersten Abschnittes 40 der Isolierlamelle 24 in die Ausnehmung 44 des Wickelgrundkörpers 14 erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 42 voneinander getrennt sind. Durch das axiale Einschieben des ersten Abschnittes 40 in die Ausnehmung 46 des Wickelgrundkörpers 14 kann die axiale Bauhöhe des Stators 12 im Bereich des umlaufenden Kragens 38 in vorteilhafter Weise verringert werden.
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Erfindungsgemäß besteht eine solche Isolierlamelle 24 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff. Die Isolierlamelle 24 mit dem radial innenliegenden ersten Abschnitt 40 und dem radial außenliegenden zweiten Abschnitt 44 und dem zwischen dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 44 angeordneten Verbindungsmittel 44 kann als einteiliges Kunststoff-Spritzgussbauteil hergestellt sein.
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Wie bereits erwähnt, kann es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Verbindungmittel 44 als Stege ausgebildet sind. Wie in 3 zu erkennen ist, ist zwischen dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 44 ein umlaufender Ausgleichsspalt 54 angeordnet, welcher ein axiales Verschieben der beiden Abschnitte 40, 41 gegeneinander ermöglicht. Dieser Ausgleichsspalt 54 wird von den Stegen 44 übergriffen.
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Vorteilhafterweise sind zwischen dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 42 umlaufend eine Vielzahl an Stegen 44, insbesondere zwischen 4 und 6 Stegen angeordnet. Bevorzugter Weise sind diese Stege äquidistant zueinander angeordnet, sodass der erste Abschnitt 40 bei einer Herstellung mittels Kunststoffspritzgussverfahren über den zweiten Abschnitt 42 und die Haltestege 44 mit angespritzt werden kann.
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3a zeigt einen solchen als Sollbruchstelle ausgebildeten Steg 44 in einer vergrößerten Darstellung. Wie deutlich zu erkennen ist, überbrückt der Steg 44 den zwischen dem innenliegenden ersten Abschnitt 40 und dem außenliegenden zweiten Abschnitt 42 angeordneten Ausgleichsspalt 54 in Radialrichtung. Wie in 3a deutlich zu erkennen ist, weist der Steg 44 eine Einkerbung beziehungsweise Querschnittsverjüngung auf, welche des entsprechenden Steg entscheidend schwächt und somit die geplante Bruchstelle unter der axialen Montagekraft darstellt. Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen als Sollbruchstelle ausgebildeten Verbindungselement 44 ist es auch denkbar, dass das Verbindungselement in Axialrichtung verformbar ausgebildet ist.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines elektrischen Antriebes 10 mit einem Stator 12. Wie in 4 zu erkennen ist, ist an der Stirnseite 30 des Wickelgrundkörpers 14 eine Isolierlamelle 24 angeordnet, welche ein Führungsmittel 26 aufweist, dass in den Nuten 22 zwischen den Zähnen 16 angeordnet ist. Dieses Führungsmittel 26 führt einen Wickeldrahtabschnitt 28 des Wickeldrahtes 20 in Axialrichtung 34 aus dem Wickelgrundkörper 14.
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Gemäß der in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist an einer Anzahl an Nuten 22 zusätzlich ein Führungseinsatz 56 vorgesehen. Ein solcher Führungseinsatz 56 kann zusätzlich an den Führungsmitteln 26 angeordnet sein und eine noch präzisere Führung der Wickeldrahtabschnitte 28 ermöglichen. Insbesondere kann der Führungseinsatz 56 als eine in den Nuten 22 angeordnete Tasche ausgebildet sein.
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Ferner ist ein Träger 70 vorgesehen, der Ausnehmungen 72 zur Führung und Fixierung der aus dem Wickelgrundkörper 14 geführten Wickeldrähte 20 aufweist. Die Führung der Wickeldrahtabschnitte 28 in den Führungsmittel 26 beziehungsweise in den Führungseinsätzen 56 ermöglicht ein Herausführen der Wickeldrähte 20 in Längsrichtung des Wickelgrundkörpers 14. Die herausgeführten Wickeldrähte 20 werden bei der Montage in Ausnehmungen des Trägers 70 eingeführt.
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Wie in 4 zu erkennen ist, ist zusätzlich zu den Führungseinsätzen 56 ein Fixierelement 58 vorgesehen, welches der Fixierung, beziehungsweise Arretierung der Wickeldrahtabschnitte 28 innerhalb der Führungseinsätze 56 dient. Das Fixierelement 58 weist wenigstens einen Fixiervorsprung 60 beziehungsweise Fixierfuß auf. Wie in 4 deutlich zu erkennen ist, ist der wenigstens eine Fixiervorsprung 60 im montierten Zustand zwischen zwei Wickeldrähten 20, welche innerhalb einer Nut 22 eingeführt sind, angeordnet. Die Fixiervorsprünge 60 können insbesondere über die Öffnungen der als Taschen ausgebildeten Führungseinsätze 56 mit den Wickeldrähten 20 zusammenwirken und den entsprechenden Wickeldrahtabschnitt 28 innerhalb des Führungsmittels 26 verklemmen. Vorzugsweise fixiert der Fixiervorsprung 60 den Wickeldrahtabschnitt 28 tangential und axial im Führungsmittel 26.
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Die Fixiervorsprünge 60 erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform von einem im Wesentlichen ringförmigen Tragelement 61 in Axialrichtung 34 des elektrischen Antriebs 10. Beispielhaft weisen die Fixiervorsprünge 60 gemäß 4 zwei Schenkel 62a, 62b auf. Die beiden Fixierschenkel 62a, 62b sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet, Zwischen den beiden Fixierschenkeln 62a, 62b ist ein Luftraum ausgebildet, wodurch eine elastische Verformung der Fixierschenkel 62a, 62b aufeinander zu ermöglicht ist. Diese Verformung erfolgt insbesondere bei der Anordnung der Fixierschenkeln 62a, 62b innerhalb der Nuten 22. Vorzugsweise sind die beiden Fixierschenkeln 62a, 62b durch eine Fixierspitze 64 miteinander verbunden. Die Fixierspitze 64 ermöglicht die verbesserte Führung des Fixiervorsprungs 60 bei der Montage. Ferner kann die Fixierspitze 64 gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform Mittel aufweisen, welche eine Arretierung des Fixiervorsprunges 60 an dem Träger 70 bzw. den Ausnehmungen des Trägers 70 ermöglichen.
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Das Zusammenwirken des Fixierelementes 58 mit dem Eingriffselement 58 und dem Träger 70 ermöglicht in vorteilhafterweise eine exakte Positionierung der Wickeldrahtabschnitte 28, wodurch während der Montage die Kontaktierung der Wickeldrähte 20 mit der Leiterplatte verbessert wird. Anschließend kann eine elektrische Kontaktierung einfach durch verlöten erreicht werden. Wie in 4 gezeigt, kann ein Dichtmittel 72 mit entsprechenden Ausnehmungen zur Durchführung der Wickeldrähte 20 vorgesehen sein. Ein solches Dichtelement kann beispielsweise am Träger 70 angeordnet sein.
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Bei der Herstellung des erfindungsmäßen elektrischen Antriebes 10 wird in einem ersten Schritt die Isolierlamelle 24 mit dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 42 auf der ersten Stirnseite 30 des Wickelgrundkörpers 14 angeordnet. Anschließend werden die Zähne 16 mit den Wicklungen 18 bewickelt, wobei der Wickeldraht 20 bei der Überführung zu dem jeweils nächsten Zahn 16 seiner Phase U, V, W den Innenbereich kreuzt und somit zumindest teilweise über den ersten Abschnitt 40 der Isolierlamelle 24 geführt wird. Wie bereits eingangs erläutert, weist dieser erste Abschnitt 40 der Isolierlamelle den in Axialrichtung 34 aufbauenden Kragen 38 auf, welcher ein Hineinragen der den Innenbereich kreuzenden Wickeldrähte 20 in den Lagerbereich des elektrischen Antriebes 10 verhindert.
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Anschließend werden die Wickeldrähte 20 wie beschrieben über die Führungsmittel, vorzugsweise über die Führungseingriffe 56 in Axialrichtung aus dem Wickelgrundkörper 14 herausgeführt. Nach der Bewicklung des Stators 12 wird der erste Abschnitt 40 der Isolierlamelle 24 in die korrespondierende Ausnehmung 46 des Wickelgrundkörpers 14 in Axialrichtung 34 hineingeschoben. Dieses Verschieben des ersten Abschnittes 40 erfolgt gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise gemeinsam mit dem Einschieben des Fixierelementes 58 in die Führungsmittel 26. Die dafür notwendige Axialmontagekraft wird dabei vorzugsweise über das Tragelement 61 auf den ersten Abschnitt 40 der Isolierlamelle 46 eingebracht. Die über den ersten Abschnitt 40 der Isolierlamelle 24 geführten Wickeldrahtabschnitte werden dabei in axialer Richtung leicht vorgespannt.
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Wie bereits eingangs erläutert, sind gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zwischen dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 42 als Sollbruchstellen ausgebildete Stege 44 angeordnet. Diese Stege 44 brechen gezielt unter der axial über das Fixierelement 58 aufgebrachten Montagekraft, sodass der erste Abschnitt 40 gegenüber dem zweiten Abschnitt 42 axial verschoben werden kann. Durch das Verschieben des ersten Abschnittes 40 in die Ausnehmung 46 versinkt der Kragen 38 zumindest teilweise in Axialrichtung 34 in der Ausnehmung, sodass in vorteilhafter Weise die axiale Bauhöhe des Stators 12 verringert werden kann.