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Die Erfindung betrifft ein Ausgleichselement und eine elektrische Maschine nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüchen.
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Es sind elektrische Maschinen bekannt, die ein Gehäuse aufweisen in dem ein Stator angeordnet ist. Der Stator wird herkömmlicher Weise in dem Gehäuse befestigt. Die Befestigung kann durch ein Festklemmen oder Kleben erfolgen.
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In der
DE102012210471A1 ist ein axiales Klemmelement vorgesehen, dass eine Positionierung des Stators in einem Gehäuse gewährleistet. Dieses Klemmelement ermöglicht jedoch keine vollumfängliche Fixierung des Stators in axialer als auch radialer Richtung. Ferner ist doch keine Sicherung in Umfangsrichtung eines rotationssymmetrischen Bauteils gewährleistet. Daher weist diese Druckschrift Nachteile auf, die durch den Stand der Technik nicht gelöst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ausgleichselement bereitzustellen, dass es ermöglicht, ein Bauteil in einem Gehäuse einer elektrischen Maschine zu fixieren. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine elektrische Maschine mit darin fixierten Bauteilen zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Ausgleichselement und eine elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Das erfindungsgemäße Ausgleichselement ist für eine elektrische Maschine vorgesehen. Das Ausgleichselement weist wenigstens einen flächigen Körper auf, der eine sich aus der Fläche des Körpers erstreckende Erhebung zum Klemmen eines Bauteils in einem Gehäuse der elektrischen Maschine umfasst. Der flächige Körper kann aus Blech oder aus einem flachen Kunststoff gefertigt werden. Ferner kann der flächige Körper ein Verbund aus unterschiedlichen Materialien sein. Die Materialen können metallisch oder synthetisch sein.
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Es wird vorgeschlagen die Erhebung in geschlossener Weise aus der Fläche des Körpers auszubilden. Dabei wird die Erhebung ohne Schnitte oder Ausstanzungen beispielsweise durch ein Prägen oder während der Formgebung des Ausgleichselements geformt. Die Erhebung kann an einem Rand des flächigen Körpers angeordnet oder von den Rändern des flächigen Körpers beabstandet sein. Das Ausgleichselement wird zwischen dem Bauteil und dem Gehäuse angeordnet. Die Erhebung ist federelastisch, sodass ein in dem Gehäuse angeordnetes Bauteil durch die Erhebung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Das Bauteil kann vorzugsweise ein Stator sein.
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Vorteilhafterweise ist der Körper des Ausgleichselements einer Innenfläche der elektrischen Maschine nachgeformt ist, und insbesondere kreisförmig an einen Innenumfang eines Stators angepasst. Ist das Gehäuse beispielsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt für die Aufnahme eines kreisförmigen Stators eingerichtet, so kann das Ausgleichselement ebenfalls kreisförmig sein. Es kann eine zylindermantelartige Struktur aufweisen. Solch ein Ausgleichselement kann in axialer Richtung der zylindermantelartigen Struktur durch eine Öffnung des Gehäuses in einen zylinderförmigen Abschnitt zwischen dem Stator und dem Gehäuse positioniert werden. Dort wirkt eine Klemmkraft der Erhebung vorzugsweise in radialer Richtung zwischen dem Stator und dem Gehäuse. Dies gewährleistet eine einfache und sichere Fixierung des Stators.
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Bei einer besonderen Weiterbildung ist der gesamte Körper des Ausgleichselements elastisch ausgebildet, sodass der Körper an die Abmessungen den Innenumfang einer elektrischen Maschine anpassbar ist. Ist der Körper beispielsweise zylindermantelartig, dann kann der Durchmesser der zylinderförmigen Struktur zusammengedrückt oder ausgeweitet werden. Dadurch kann ein Toleranzausgleich und eine vielfältige Anwendung auf unterschiedliche Gehäuse realisiert werden.
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Insbesondere kann der Körper des Ausgleichselements ringförmig, zylinderförmigen, u-förmig oder C-förmig sein, wobei in der Fläche des Körpers eine sich axial und radial erstreckende Unterbrechung zum Ausgleich einer Klemmbewegung ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Unterbrechung eine Veränderung des Durchmessers des Ausgleichselements ausgleichen. Wird der Durchmesser verringert, verringert sich die Größe der Unterbrechung in Umfangsrichtung des Ausgleichselements. Im umgekehrten Fall wird die Größe der Unterbrechung vergrößert, wenn der Durchmesser aufgeweitet wird. Solch eine Unterbrechung ist insbesondere bei einem elastischen Ausgleichselement vorteilhaft.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung kann vorsehen, dass die Erhebung eine in axialer Richtung längliche Struktur aufweist. Die Erhebung kann vorzugsweise in radialer Richtung insbesondere nach innen gewölbt sein. Alternativ kann die Erhebung nach außen gewölbt sein. Bei einem zylinderförmigen Ausgleichselement kann sich die Erhebung in radialer Richtung erstrecken und parallel zur axialen Richtung des Ausgleichselements auf dem flächigen Körper verlaufen. Die Wölbung kann sich innerhalb der Fläche des Körpers erheben, sodass die Erhebung vollständig aus der Fläche entspringen. Dabei umsäumt die Erhebung ein Übergangsbereich zwischen Wölbung und Fläche des Körpers. Der Übergangsbereich kann als Knick oder als Radius, der geringer ist als die Wölbung, um die Erhebung in geschlossener Weise und vorzugsweise ringartig umlaufen. Alternativ kann die Erhebung derartig an einem Rand positioniert sein, dass der Übergangsbereich auf einer Seite der Erhebung am Rand startet und auf die andere Seite um die Erhebung herumläuft und am Rand endet. Sein Übergangsbereich kann beispielsweise in der Fläche des Körpers u-förmig geformt sein. Der Übergangsbereich reicht an wenigstens zwei Stellen zum Rand. Eine am Rand angeordnet Erhebung führt zu einer vorzugsweise radialen Abweichung der Kontur des Rands im Bereich der Erhebung. Ist die grundlegende Kontur des Rands kreisförmig, dann können beispielsweise u-förmige Abweichungen des Rands im Bereich der Erhebung vorliegen.
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Eine weitere Ausbildung kann beinhalten, dass der axiale Querschnitt der Erhebung entlang der axialen Richtung wenigstens abschnittsweise konstant ist. Erhebt sich beispielsweise die Wölbung der Erhebung so aus der Fläche des Körpers, dass der Querschnitt einen in radialer Richtung gekrümmten Bogen darstellt, kann die Form des Bogens entlang der axialen Richtung des Ausgleichselements unverändert fortgeführt werden.
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Entlang des Körpers kann eine Vielzahl benachbarter Erhebungen angeordnet sein, deren Erstreckungen in Längsrichtung vorzugsweise parallel sind. Bei zylinderförmigen Körper können die Erhebungen nebeneinander in der Fläche des Körpers angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Erhebungen in Umfangsrichtung des Körpers zueinander beabstandet. Die zueinander zugewandten Übergangsbereiche der Erhebungen können voneinander beabstandet sein oder aufeinander liegen. Dadurch wird eine sichere Fixierung des Portals innerhalb des Gehäuses gewährleistet, da eine Vielzahl an Kräften für das Klemmen vorliegen.
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Ein ringförmiger Körper des Ausgleichselements kann einen vor dem Einsetzen größeren oder kleineren Durchmesser als ein Innenumfang des Gehäuses aufweisen. Wenn das Ausgleichselement elastisch ist, dann kann der Durchmesser durch ein Verformen des Ausgleichselements an den Innenumfang des Gehäuses angepasst werden. Insbesondere ist es vorteilhaft eine Unterbrechung in solch ein Ausgleichselement vorzusehen. So kann das Ausgleichselement an den Innenumfang angepasst werden und beispielsweise der Stator in das Ausgleichselement eingeschoben werden, sodass das Ausgleichselement zwischen dem Außenumfang des Stators und dem Innenumfang des Gehäuses positioniert ist. Liegt nun eine Mehrzahl an Erhebungen in dem Ausgleichselement vor, können diese Erhebungen durch den Außenumfang des Stators elastisch verformt werden. Dadurch wird eine Klemmkraft vorzugsweise radial nach innen zwischen dem Innenumfang des Gehäuses und dem Außenumfang des Stators erzeugt.
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Dieser Effekt kann mit wenigstens zwei Erhebungen erreicht werden, die jeweils eine radial nach innen gerichtete Kraft zum Klemmen des Stators erzeugen. Die Klemmkräfte, die durch die Erhebungen erzeugt werden, können sich gegenseitig aufheben, wenn die Erhebungen vorzugsweise bezüglich einer Symmetrieachse der Anordnung aus Gehäuse und Stator gegenüberliegen oder so verteilt sind, dass sich einzelne gleichgroße Kraftkomponenten der durch die Erhebungen erzeugten Klemmkräfte gegenüberliegen. Vor allem kann dieser Effekt erreicht werden, wenn die Erhebungen gleich groß ausgebildet sind. Durch das gegenseitig aufheben der Kräfte, kann der Stator im Gehäuse wenigstens in radialer Richtung zentriert und in allen wesentlichen Raumrichtungen fixiert werden.
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Vorzugsweise ist an einem Innenumfang des Gehäuses ein Axialanschlag ausgebildet, an dem ein Rand des Ausgleichselements angeordnet ist. Dadurch kann das Ausgleichselement innerhalb des Gehäuses bezüglich seiner axialen Position ausgerichtet werden. Ferner kann eine optimale axiale Positionierung bezüglich des Stators erfolgen. Der Anschlag kann als eine sich radial nach innen erstreckende Schulter ausgebildet sein. Ferner kann der Anschlag in Umfangsrichtung des Innenumfangs des Gehäuses in geschlossener oder unterbrochener Weise verlaufen.
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Die Unterbrechung im Ausgleichselement kann einen Abschnitt des Innenumfang des Gehäuses unbedeckt lassen. Alternativ kann das Ausgleichselement so weit zusammengedrückt werden, bis die in Umfangsrichtung zueinander zugewandten Enden des Körpers des Ausgleichselements, die die Unterbrechung begrenzen, aneinander stoßen. Durch die Unterbrechung kann der minimal einstellbare Durchmesser des Ausgleichselements begrenzt sein.
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Für leichtes Einsetzen des Ausgleichselements und/oder des Stators in das Gehäuse kann an einem Rand der Öffnung des Gehäuses eine Montageschräge vorgesehen sein. Die Montageschräge umsäumt die Öffnung. Die Montageschräge kann als Fase oder als Radius ausgebildet sein. Vorzugsweise umläuft die Montageschräge die Öffnung in geschlossener Weise.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßes Ausgleichselement mit einer Vielzahl von Erhebungen,
- 2 ein in einem gehäuseangeordnetes Ausgleichselement,
- 3 eine Explosionszeichnung eines Teils einer elektrischen Maschine mit einem Ausgleichselement zwischen Gehäuse und Stator, und
- 4 ein Schnitt durch ein Gehäuse einer elektrischen Maschine mit einem Stator und dazwischen angeordneten Ausgleichselement.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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In 1 ist ein Ausgleichselement 10 gezeigt, dass aus einem Blech oder einem flachen Kunststoffmaterial zu einem zylinderförmigen Körper 14 geformt ist. Der Körper 14 weist in axialer Richtung 1 eine flächige Erstreckung auf. Somit bildet der Körper 14 eine Fläche 13 im Bereich eines Zylindermantels aus. Auf dieser Fläche 13 sind Erhebungen 16 ausgebildet, die in radialer Richtung 2 nach innen gerichtet sind. Dabei ist eine Vielzahl von Erhebungen 16 vorgesehen, die in Umfangsrichtung 3 zueinander beabstandet sind. Die Erhebungen 16 weisen in axialer Richtung 1 einen konstanten Querschnitt auf. Ferner sind die Erhebungen 16 unterbrechungsfrei in der Fläche 13 ausgeformt und erstrecken sich mit einer konvexen Seite radial nach innen. Auf eine Außenseite des Körpers 14 sind konkave Vertiefungen an den Orten der Erhebungen ausgebildet. Die Erhebungen 16 sind federelastisch. Auch der Körper 14 ist federelastisch.
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Die Erhebungen 16 sind zylinderabschnittförmig in axialer Richtung 1 geformt. Dabei sind die Erhebungen 16 zueinander und zu den axialen Rändern 28 des Körpers 14 beabstandet.
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Ferner weist der Körper 14 in Umfangsrichtung eine in radialer Richtung 2 und axialer Richtung 1 durchgehende Unterbrechung 23 auf, sodass sich in Umfangsrichtung 32 Enden 25 des Körpers gegenüberliegen. Durch die Unterbrechung 23 kann der Durchmesser D des Körpers 14 verändert werden. Dabei wird ein Abstand T der Enden 25 zueinander verändert. Der Durchmesser D ist dabei am kleinsten, wenn die Enden 25 aufeinander stoßen, und der Abstand T verschwindet. Wenn der Durchmesser D vergrößert wird, dann vergrößert sich auch der Abstand T.
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2 zeigt einen Poltopf der als Gehäuse 20 eines Elektromotors 12 dient. Der Poltopf weist eine Öffnung 30 auf, durch die das Ausgleichselement 10 in axialer Richtung 1 eingeführt werden kann, sodass das Ausgleichselement 10 an einem Innenumfang 15 des Gehäuses 20 anliegen kann. Der Innenumfang 15 ist zylinderförmigen. An einem axialen Ende des Innenumfangs 15, welches wenigstens um die Länge des Ausgleichselements 10 von der Öffnung 30 beabstandet ist, ist ein Axialanschlag 26 ausgebildet, an den der Rand 28 des Ausgleichselements 10 anschlagen kann, wenn das Ausgleichselement 10 in das Gehäuse 20 gefügt wird. Der Axialanschlag 26 läuft in Umfangsrichtung 3 in geschlossener Weise um. Der Rand an der Öffnung 30 weist eine Montageschräge 32 auf, die für ein Fügen des Ausgleichselements 10 und eines Bauteils 18 dient.
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3 zeigt ein Explosionszeichnung, die eine Montage eines Gehäuses 20 und eines Stators 22 gezeigt. Der Stator 22 ist das Bauteil 18 und wird koaxial zu dem Innenumfang 15 und dem Ausgleichselement 10 in das Gehäuse 20 gefügt. Dabei dient die Montageschräge 32 als Hilfe für das Fügen. Die Unterbrechung 23 des Ausgleichselements 10 ermöglicht es, den Durchmesser an den Innenumfang 15 bzw. den Außenumfang des Stators 22 während der Montage anzupassen. Die Montagebewegung des Ausgleichselements 10 und des Stators 22 erfolgt in axialer Richtung 1.
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Ein fertigmontierte Stator 22 in einem Gehäuse 20 mit radial dazwischenliegendem Ausgleichselement 10 ist in 4 gezeigt. Die Erhebungen 16 des Ausgleichselements 10 erzeugen eine radial nach innen gerichtete Kraft F, die den Stator 20 in dem Gehäuse 20 fixiert. Dabei ist der Rand 28 an dem Anschlag 26 angelegt.
- F
- Kraft
- D
- Durchmesser
- T
- Distanz
- 1
- axiale Richtung
- 2
- radialer Richtung
- 3
- Umfangsrichtung
- 10
- Ausgleichselement
- 12
- elektrische Maschine
- 13
- Fläche
- 14
- Körper
- 15
- Innenumfang
- 16
- Erhebung
- 18
- Bauteil
- 20
- Gehäuse
- 22
- Stator
- 24
- Unterbrechung
- 25
- Enden
- 26
- Axialanschlag
- 28
- Rand
- 30
- Öffnung
- 32
- Montageschräge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210471 A1 [0003]
