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Die Erfindung betrifft einen Statorgrundkörper für einen Elektromotor nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Stator und einen Elektromotor mit einem solchen Statorgrundkörper sowie ein Verfahren zur Fertigung eines solchen Statorgrundkörpers.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Elektromotoren bekannt, bei welchen zur Kühlung der Stator in einem Gehäuse mit einer Kühlmittelleitung angebracht ist. Oft ist das Gehäuse aus Aluminiumguss mit integrierten Kühlkanälen oder die Gehäuse werden aus verschiedenen Teilen, beispielsweise einem Innen- und einem Außengehäuse aufgebaut. Solche Gehäuse sind oft aufwendig in der Herstellung und Verwendung und teuer.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Statorgrundkörper für einen Elektromotor, insbesondere einen Traktionsmotor. Der Statorgrundkörper weist eine Vielzahl von radial nach innen gerichteter Trägerzähne auf, wobei die Trägerzähne auf einer Innenseite des Statorgrundkörpers angeordnet sind. Die Trägerzähne sind dafür ausgebildet, eine Vielzahl von Spulenwicklungen, insbesondere Steckwicklungen aufzunehmen. Erfindungsgemäß weist der Statorgrundkörper wenigstens einen als eine in eine axiale Richtung erstreckende Ausnehmung ausgebildeten Kühlkanal auf, welcher zur Durchströmung mit einem Kühlmittel ausgebildet ist.
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Das hat den Vorteil, dass eine gegenüber dem Stand der Technik einfachere und zuverlässigere Konstruktion eines Stators mit Kühlung bereitgestellt werden kann. Insbesondere wird kein Gehäuse zur Aufnahme des Statorgrundkörpers benötigt. Der Kühlkanal ist in den Statorgrundkörper integriert. Insbesondere werden keine zusätzlichen Mittel zur Kühlung des Statorgrundkörpers benötigt, wie beispielsweise eine an dem Statorgrundkörper anliegende Kühlmittelleitung. Das ermöglicht die Konstruktion eines einfachen, zuverlässigen, kompakten und kostengünstigen Elektromotors.
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Unter einem Kühlmittel ist insbesondere ein flüssiges Kühlmittel zu verstehen, beispielsweise ein Wasser-Glykol Gemisch. Die Verwendung eines Kühlmittels erlaubt besonders hohe Leistungen des Elektromotors. Dass sich der wenigstens eine Kühlkanal direkt im Statorgrundkörper befindet bzw. in den Statorgrundkörper integriert ist, hat den Vorteil, dass eine besonders gute Kühlleistung möglich ist.
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Unter einer axialen Richtung ist insbesondere eine Richtung zu verstehen, welche parallel zur vorgesehenen Rotationsachse eines in dem Statorgrundkörper rotierenden Rotor angeordnet ist. Insbesondere ist die axiale Richtung parallel zur Symmetrieachse einer für den Rotor vorgesehenen, zumindest weitgehend zylinderförmig ausgebildeten Ausnehmung im Statorgrundköper angeordnet.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Statorgrundkörpers möglich.
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Der Statorgrundkörper wird weiter verbessert, wenn er eine Vielzahl aus übereinander angeordneten Statorblechen aufweist, bevorzugt gleichartigen Statorblechen. Das ermöglicht eine einfache Fertigung des Statorgrundkörpers.
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Bevorzugt setzt sich der Statorgrundkörper weitgehend vollständig aus Statorblechen zusammen. Ein solcher Statorgrundkörper wird auch als Statorpaket oder Statorlamellenpaket bezeichnet. Die Statorbleche werden manchmal auch als Lamellen oder Blechlamellen bezeichnet. Bevorzugt sind wenigstens 70% der Statorbleche jeweils gleichartig ausgebildet, besonders bevorzugt wenigstens 90%.
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In alternativen Ausführungsformen ist es denkbar, dass der Statorgrundkörper gesintert ist bzw. gesinterte Materialien aufweist. Bevorzugt weist der Statorgrundkörper einen Pulververbundwerkstoff auf, besonders bevorzugt einen weichmagnetischen Pulververbundwerkstoff. Weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffen werden manchmal auch als SMC-Magnete bezeichnet.
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Weisen die Statorbleche jeweils wenigstens eine in ihrem Inneren angeordnete Ausnehmung, insbesondere gestanzte oder ausgeschnittene Ausnehmung auf und bilden die übereinander angeordneten Ausnehmungen der jeweiligen übereinander angeordneten Statorbleche den wenigstens einen Kühlkanal aus, ist das eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform von einem Kühlkanal, insbesondere einfach fertigbar. Vorteilhaft ist die jeweils entsprechende Ausnehmung in den unterschiedlichen Statorblechen gleichartig ausgebildet bzw. hat insbesondere jeweils die gleiche Geometrie. Bevorzugt sind die Ausnehmungen der unterschiedlichen Statorbleche zueinander deckungsgleich, insbesondere die Ausnehmungen, welche jeweils einen Kühlkanal ausbilden.
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Vorteilhaft können die Ausnehmungen beim Stanzen der Statorbleche mit ausgestanzt werden. Es ist auch denkbar, dass die Ausnehmungen mit einem Laser ausgeschnitten werden.
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Weist der Kühlkanal eine Beschichtung, insbesondere eine Epoxid-Beschichtung auf, welche dazu vorgesehen ist, den Statorgrundkörper von einem Kühlmittel abzugrenzen und wobei die Beschichtung chemisch beständig gegenüber dem Kühlmittel ausgebildet ist, hat das den Vorteil, dass der Statorgrundkörper eine hohe Haltbarkeit aufweist. Zusätzlich werden die Statorbleche durch die Beschichtung zusammengehalten.
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Vorteilhaft weist eine Außenseite und/oder die Stirnseiten - bzw. die beiden äußersten Statorbleche - des Statorgrundkörpers eine Beschichtung, insbesondere eine Epoxid-Beschichtung auf. Auf diese Weise wird der Statorgrundkörper nach Außen abgedichtet und ist geschützt gegen Korrosion und Umwelteinflüsse. Insbesondere wird keine schützende Hülle oder kein schützendes Gehäuse benötigt.
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Vorteilhaft weisen die Trägerzähne und die zwischen den Trägerzähnen ausgebildeten Nuten eine Beschichtung, insbesondere eine Epoxid-Beschichtung auf. Auf diese Weise werden die Trägerzähne und Nuten gegenüber den Spulenwicklungen elektrisch isoliert.
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Besonders vorteilhaft weist der Statorgrundkörper, insbesondere aufweisend die Außenseite, die Stirnseiten- bzw. die beiden äußersten Statorbleche, die Trägerzähne, die Nuten und die Kühlkanäle, eine Beschichtung auf, insbesondere eine Epoxid-Beschichtung.
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Weist der Statorgrundkörper wenigstens eine sich in die axiale Richtung erstreckende Durchführung auf, welche für das Durchführen von einem Zuganker vorgesehen ist, wobei der Zuganker insbesondere zur Befestigung von zwei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Statorgrundkörpers anbringbaren Lagerschilden vorgesehen sind, hat das den Vorteil, dass eine besonders einfache und robuste Konstruktion des Stators möglich ist.
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Dabei ist unter einem Zuganker ein insbesondere stabförmiges Verbindungsstück zu verstehen, welches die Lagerschilde mit einer Zugspannung miteinander verbindet. Dabei kann die Verbindung beliebig ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Klemmverbindung.
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Weist der Statorgrundkörper eine Vielzahl von Kühlkanälen auf, welche entlang eines Umfangs des Statorgrundkörpers angeordnet sind, wobei insbesondere jeder Kühlkanal weitgehend den gleichen Abstand zu einer Symmetrieachse und/oder Rotationsachse des Statorgrundkörpers aufweist, hat das den Vorteil, dass eine besonders geleichmäßige Kühlung des Statorgrundkörpers möglich ist. Auf diese Weise können durch eine ungleichmäßige Erwärmung auftretende Spannung im Statorgrundkörper vermieden werden. Das erhöht die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Statorgrundkörpers.
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Weist der Statorgrundkörper zumindest abschnittsweise eine weitgehend rechteckige Grundfläche aufweist und vier Kühlkanäle aufweist, welche jeweils den Ecken der Grundfläche zugeordnet sind, ermöglicht das eine besonders günstige Außenform, welche besonders vorteilhaft verbaut werden kann und welche gut kühlbar ist. Dabei ist unter einer Grundfläche insbesondere eine Fläche zu verstehen, welche senkrecht zur axialen Richtung angeordnet ist.
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Dadurch, dass ein Statorgrundkörper mit einer weitgehend rechteckigen Grundfläche in dieser Grundfläche eine weitgehend kreisförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Rotors aufweist, bietet sich in den Ecken der Grundfläche Raum für die Kühlkanäle bzw. für die Ausnehmungen. Auf diese Weise kann die zur Verfügung stehende gesamte Grundfläche des Statorgrundkörpers gut ausgenutzt werden.
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Weist der wenigstens eine Kühlkanal eine Kanalwand auf, welche zumindest abschnittsweise entlang eines gedachten Kreises um die Symmetrieachse und/oder Rotationsachse des Statorgrundkörpers angeordnet ist, wird die Kühlleistung weiter verbessert. Dadurch, dass die eine Kanalwand zumindest abschnittsweise entlang eines gedachten Kreises um die Symmetrieachse und/oder Rotationsachse des Statorgrundkörpers angeordnet ist, verläuft die Kanalwand entlang der Ausnehmung des Statorgrundkörpers für den Rotor, insbesondere entlang dem Verlauf der Trägerzähne und Nuten. Das ermöglicht eine besonders gleichmäßige Kühlung des Statorgrundkörpers.
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Weist der wenigstens eine Kühlkanal eine Kanalbreite auf, welche zwischen 10% und 40% einer Statorgrundkörperbreite liegt, bevorzugt zwischen 20% und 30%, so ist eine effiziente Kühlung bei hohen Leistungsanforderungen möglich.
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Dabei soll unter einer Kanalbreite insbesondere ein Durchmesser eines Kühlkanals senkrecht zur axialen Richtung verstanden werden. Unter einer Kanalbreite kann auch die Ausdehnung des Kühlkanals senkrecht zur axialen Richtung und parallel zu einer charakteristischen Richtung des Kühlkanals und/oder des Statorgrundkörpers verstanden werden. Beispiele von charakteristischen Richtungen des Kühlkanals sind die Seitenlängen oder Diagonalen bei einer quadratischen Querschnittsfläche. Beispiele von charakteristischen Richtungen des Statorgrundkörpers sind eine radiale Richtung ausgehend von der Symmetrieachse des Statorgrundkörpers oder der Ausnehmung für den Rotor, die Seitenflächen oder Diagonalen einer zumindest weitgehend quadratischen Grundfläche oder Verbindungsachsen zwischen Kühlkanälen und/oder Durchführungen des Statorgrundkörpers.
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Unter einer Statorgrundkörperbreite soll insbesondere ein Durchmesser des Statorgrundkörpers senkrecht zur axialen Richtung verstanden werden. Unter einer Statorgrundkörperbreite kann auch die Ausdehnung des Statorgrundkörpers senkrecht zur axialen Richtung und parallel zu einer charakteristischen Richtung des Statorgrundkörpers verstanden werden.
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Ein Stator aufweisend einen Statorgrundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend zwei Lagerschilde, welche durch wenigstens einen Zuganker verbunden sind, wobei der wenigstens eine Zuganker in einer Durchführung des Statorgrundkörpers angeordnet ist, hat gegenüber von Statoren aus dem Stand der Technik den Vorteil, dass dieser besonders kompakt aufgebaut werden kann.
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Elektromotor aufweisend einen Rotor und einen Stator gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Lagerschilde zur Lagerung des Rotors vorgesehen sind, hat den Vorteil, dass er aufgrund der zuverlässigen Kühlung besonders lange, auch bei einer hohen Leistung, zuverlässig funktioniert und gleichzeitig eine kopakte Bauform hat.
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Vorteilhaft sind die Lagerschilde auch zur Abdichtung de Statorgehäuses gegen den Austritt von Kühlmittel vorgesehen. Es ist denkbar, dass die Lagerschilde weitere Komponenten aufweisen bzw. Funktionalität bereitstellen, insbesondere eine Leistungselektronik, insbesondere zur Ansteuerung bzw. Bestromung der Spulenwicklungen, oder eine Kühlmittelzufuhr bzw. Kühlmittelabfuhr. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Kühlmittel von einem Lagerschild aus durch den Kühlkanal zum anderen Lagerschild strömt.
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Der Statorgrundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung kann besonders einfach und kostengünstig mit einem Verfahren hergestellt werden, welches die folgenden Schritte aufweist:
- • Stanzen von einer Vielzahl von Statorblechen,
- • Stanzen oder Ausschneiden von wenigstens einer Ausnehmung im Inneren der Statorbleche,
- • Übereinanderschichten der Statorbleche, wobei die Ausnehmungen von übereinander angeordneten Statorblechen übereinander angeordnet sind und zumindest teilweise den wenigstens einen Kühlkanal ausbilden.
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Es ist denkbar, dass zwei oder mehrere Schritte zumindest teilweise gleichzeitig oder in einem Arbeitsvorgang durchgeführt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Statorbleche zusammen der Ausnehmung gestanzt werden, insbesondere mit einem Stanzwerkzeug bzw. dem gleichen Stempel.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Statorgrundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung abgebildet und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine erste Ausführungsform eines Statorblechs für einen Statorgrundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 eine erste Ausführungsform eines Statorgrundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 3 einen Stator mit einem Statorgrundkörper gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 4 eine zweite Ausführungsform eines Statorgrundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 5 einen vormontierten Statorgrundkörper der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 6 eine dritte Ausführungsform eines Statorblechs für einen Statorgrundkörper gemäß der vorliegenden Erfindung und
- 7 ein Verfahren zur Herstellungen eines Statorgrundkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung
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In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
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1 zeigt ein Statorblech 12 für einen Statorgrundkörper 10. 2 zeigt den Statorgrundkörper 10. Der Statorgrundkörper 10 weist eine Vielzahl von übereinander angeordneten Statorblechen 12 auf. Beispielsweise kann der Statorgrundkörper 10 aus einer Vielzahl von Statorblechen 12 zusammengesetzt sein. Bevorzugt sind die Statorbleche 12 des Statorgrundkörpers 10 jeweils gleich oder weitgehend gleich ausgebildet.
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Das Statorblech 12 umfasst einen Rotorausnehmung 14. Die Rotorausnehmung 14 ist für die Aufnahme eines Rotors vorgesehen. An einer Innenseite 16 der Rotorausnehmung 14 ist beispielsweise eine Vielzahl von Zahnelementen 18 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Statorgrundkörper 14 weitgehend kreisringförmig ausgebildet. In vorteilhaften Varianten ist die Rotorausnehmung 14 wenigstens an der Innenseite 16 weitgehend kreisförmig ausgebildet. Vorteilhaft ist die Rotorausnehmung 14 rotationssymmetrisch zu einem Kreismittelpunkt 30 der Statorblechs 12 ausgebildet. Die Vielzahl der Statorbleche 12 wird jeweils so übereinander angeordnet bzw. geschichtet, dass die Kreismittelpunkte 30 der Statorbleche 12 jeweils auf einer Symmetrieachse 36 des Statorgrundkörpers 10 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel entsprich die Symmetrieachse 36 der Rotationsachse, welche dazu vorgesehen ist, dass um sie ein in den Statorgrundkörper 10 eingebrachter Rotor bzw. in die Rotorausnehmung 14 eingebrachter Rotor drehbar gelagert ist.
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Die Zahnelemente 18 sind beispielsweise radial nach innen gerichtet. Im Ausführungsbeispiels verlaufen Zahnsymmetrieachsen 28 durch den Kreismittelpunkt 30. Im Ausführungsbeispiel sind die Statorbleche 12 so übereinander geschichtet, dass die korrespondierenden Zahnelemente 18 der Statorbleche 12 jeweils übereinander angeordnet sind oder zumindest weitgehend übereinander angeordnet sind, so dass die korrespondieren Zahnelemente 18 jeweils in Reihen angeordnet sind, welche weitgehend parallel, bevorzugt parallel zu der Symmetrieachse 36 des Statorgrundkörpers 10 ausgerichtet sind. Im Ausführungsbeispiel bilden die korrespondieren Zahnelemente 18 einen Trägerzahn 38 des Statorgrundkörpers 10 aus. Bevorzugt bilden die Zahnelemente 18 die Trägerzähne 38 des Statorgrundkörpers 10 aus. Vorteilhaft weisen die Trägerzähne 38 jeweils wenigstens ein Zahnelement 18 auf.
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Zwei zueinander benachbarte Trägerzähne 38 bilden eine zwischen den beiden Trägerzähnen 38 angeordnete Nut 20. Zueinander benachbarte Zahnelemente 18 bilden die zwischen den Zahnelementen 18 angeordnete Nut 20. Eine Spulenwicklung, insbesondere eine Steckwicklung ist zumindest teilweise in wenigstens eine Nut 20 einbringbar. Im Ausführungsbeispiel sind die Zahnelemente 18 bzw. die Trägerzähne 38 jeweils gleichartig aufgebaut. Insbesondere hat jedes Zahnelement 18 die gleiche Geometrie bzw. jeder Trägerzahn 38 weitgehend die gleiche Geometrie. Insbesondere ist jedes Zahnelement 18 zu einem anderen Zahnelement 18 weitgehend deckungsgleich bzw. ist insbesondere jeder Trägerzahn 38 zu einem anderen Trägerzahn 18 weitgehend deckungsgleich.
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Im Ausführungsbeispiel weist das Statorblech 12 jeweils 48 Zahnelemente 18 auf. Im Ausführungsbeispiel weist der Statorgrundkörper 10 48 Trägerzähne 38 auf. Die Trägerzähne 38 sind beispielsweise äquidistant entlang des Umfangs des Statorgrundkörpers 10 angeordnet. Die Zahnelemente 18 eines Statorblechs 12 sind beispielsweise jeweils äquidistant entlang des Umfangs des Statorblechs 12 bzw. des Umfangs der Rotorausnehmung 14 angeordnet.
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Zwei benachbarte Zahnelemente 18 bzw. zwei benachbarte Trägerzähne 38 spannen einen Zahnwinkel 26 auf. Der Zahnwinkel 26 ist ein Mittelpunktswinkel. Der Zahnwinkel 26 wird jeweils durch die Zahnsymmetrieachsen 28 von zwei benachbarten Zahnelementen 18 bzw. von zwei benachbarten Trägerzähnen 38 aufgespannt. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Zahnwinkel 26 7.5°. Bei äquidistant angeordneten Trägerzähnen 38 bzw. Zahnelementen 18 beträgt der Zahnwinkel 360° geteilt durch die Anzahl der Trägerzähne 38 bzw. 360° geteilt durch die Anzahl der Zahnelemente 18 pro Statorblech 12 bzw. 360° geteilt durch die Anzahl der Nuten 20.
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Unter einem Statorgrundkörper 10 mit äquidistant angeordneten Trägerzähnen 38 bzw. einen Statorblech 12 mit äquidistant angeordneten Zahnelementen 18 sollen insbesondere solche Statorgrundkörper 10 bzw. Statorbleche 12 verstanden werden, in welchen die Trägerzähne 38 bzw. Zahnelemente 18 zu ihren nächsten benachbarten Trägerzähnen 38 bzw. Zahnelementen 18 stets den gleichen oder zumindest weitgehend gleichen Zahnwinkel 26 aufweisen.
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In alternativen Ausführungsformen kann der Statorgrundkörper 10 eine beliebige Zahl von Trägerzähnen 38 bzw. das Statorblech 12 eine beliebige Zahl von Zahnelementen 18 aufweisen. In einer bevorzugten alternativen Variante weist der Statorgrundkörper 10 72 Trägerzähne 38 bzw. Nuten 20 auf. In der bevorzugten alternativen Variante beträgt der Zahnwinkel 26 5°.
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Im Ausführungsbeispiel weist das Statorblech 12 vier Ausnehmungen 22 auf. Die Ausnehmungen 22 der im Statorgrundkörper 10 übereinander angeordneten Statorbleche 12 sind jeweils übereinander zumindest weitgehend deckungsgleich angeordnet und bilden jeweils vier Kühlkanäle 24 aus. Die Kühlkanäle 24 erstrecken sich jeweils in der axialen Richtung bzw. in Richtung der Symmetrieachse 36 aus. Die Kühlkanäle 24 erstrecken sich jeweils von einer ersten Stirnseite 32 des Statorgrundkörpers 10 zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 34 des Statorgrundkörpers 10 (siehe 2). Insbesondere sind die Kühlkanäle 24 über die gesamte Länge des Statorgrundkörpers 10 in Richtung der Symmetrieachse 36 durchströmbar, insbesondere mit einem Kühlmittel.
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Im Ausführungsbeispiel sind weist der Statorgrundkörper 10 eine Vielzahl von Statorblechen 12 auf (siehe 2). Beispielsweise sind die Statorbleche 12 entlang der Symmetrieachse 36 des Statorgrundkörpers 12 übereinander angeordnet. Die Symmetrieachse 36 des Statorgrundkörpers 10 ist in einer axialen Richtung des Statorgrundkörpers 10 ausgerichtet.
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Vorteilhaft sind die Statorbleche 12 des Statorgrundkörpers 10 jeweils gleichartig aufgebaut. Insbesondere hat jedes Statorblech 12 die gleiche Geometrie. Insbesondere ist jedes Statorblech 12 zu einem anderen Statorblech 12 weitgehend deckungsgleich. Insbesondere sind die entsprechenden Ausnehmungen 22 der Statorbleche 12 zueinander deckungsgleich, so dass die jeweils übereinander angeordneten Ausnehmungen 22 einen Kühlkanal 24 ausbilden. In alternativen Varianten weist der Statorgrundkörper 10 zumindest eine Mehrzahl von gleichartig aufgebauten Statorblechen 12 auf, vorteilhaft sind 50% oder mehr der Statorbleche 12 gleichartig aufgebaut, bevorzugt mehr als 70%, besonders bevorzugt mehr als 90%.
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Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen beispielhaft die ersten zehn an der ersten Stirnseite 34 angeordneten Statorbleche 12 sowie die letzten zehn an der zweiten Stirnseite 35 angeordneten Statorbleche 12 eine alternative Geometrie auf. Bei der alternativen Geometrie ist im Vergleich zum im 1 gezeigten Statorblech 12 eine größere Rotorausnehmung mit einem größeren Radius als die Rotorausnehmung des in 1 gezeigten Statorblech 12 angeordnet, wobei die größere Rotorausnehmung kreisförmig ausgebildet ist und keine Zahnelemente 18 oder Zähne 38 aufweist. Auf diese Weise bilden die übereinander gestapelten ersten zehn an der ersten Stirnseite 34 angeordneten Statorbleche 12 sowie die letzten zehn an der zweiten Stirnseite 35 angeordneten Statorbleche 12 jeweils eine Einbuchtung 40 an der ersten Stirnseite 34 und an der zweiten Stirnseite 35 aus. Die Einbuchtung 40 ist beispielsweise für die Aufnahme von Lagerschilden 70 vorgesehen (siehe 3).
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Im Ausführungsbeispiel sind die Statorbleche 12 weitgehend parallel, bevorzugt parallel zur Symmetrieachse 36 angeordnet. Vorteilhaft sind die Statorbleche 12 so angeordnet, dass ihre jeweiligen Kreismittelpunkte 30 auf der Symmetrieachse 36 liegen oder zumindest weitgehend liegen.
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Vorteilhaft weist der wenigstens eine Kühlkanal 24 des Statorgrundkörpers 10 in seiner Innenwand bzw. innen angeordneten Kühlwand eine Beschichtung auf, welche dazu vorgesehen ist, den Statorgrundkörper 10 von einem Kühlmittel abzugrenzen und wobei die Beschichtung chemisch beständig gegenüber dem Kühlmittel ausgebildet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung aus Epoxid. Alternativ kann die Beschichtung auch ein Lack sein.
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Beispielhaft weist der Statorgrundkörper 10 wenigstens eine sich in die axiale Richtung bzw. in Richtung der Symmetrieachse 36 erstreckende Durchführung 42 auf. Die Durchführung 42 ist für das Durchführen von Zugankern 62 vorgesehen. Die Zuganker 62 sind dazu vorgesehen, zwei jeweils an der ersten Stirnsite 34 und der zweiten Stirnseite 35 anbringbare Lagerschilde 70 zu befestigen. 3 zeigt einen Stator 44, welcher einen Statorgrundkörper 10 und zwei Lagerschilde 70 aufweist. Die Lagerschilde 70 sind mit Hilfe von Zugankern 62 jeweils an der ersten Stirnseite 34 und der zweiten Stirnseite 35 befestigt. Die Lagerschilde 70 sind für das Lagern eines in den Stator eingebrachten Rotors vorgesehen.
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Die Lagerschilde 70 sind vorteilhaft miteinander verbunden. Insbesondere spannen die beiden Lagerschilde 70 den Statorgrundkörper 10 ein. Eines der Lagerschild 70 weist beispielsweise eine Leistungselektronik auf. Die Leistungselektronik ist insbesondere zur Bestromung der Spulenwicklungen 60 vorgesehen.
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Die Lagerschilde 70 sind insbesondere dazu vorgesehen, ein Kühlmittel zum Kühlen des Statorgrundkörpers 10 bereitzustellen. Dazu weist beispielsweise eines der Lagerschlilde 70 eine Kühlmittelzuleitung auf. Eines der Lagerschilde 70 weist beispielsweise eine Kühlmittelableitung auf. Es ist vorgesehen, dass das Kühlmittel über die Kühlmittelzuleitung in den wenigstens einen Kühlkanal 24 geführt wird, den wenigstens einen Kühlkanal 24 durchströmt und über die Kühlmittelableitung ausgeleitet wird.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Statorgrundkörpers 10. Vorteilhaft ist der Statorgrundkörper im wesentlichen weitgehend rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse 36 ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist der Statorgrundkörper zumindest teilweise als ein Hohlzylinder ausgebildet, welcher symmetrisch zur Symmetrieachse 36 ausgebildet ist bzw. wobei die Zylinderachse des Hohlzylinders zumindest weitgehend der Symmetrieachse 36 entspricht. In dieser Ausführungsform weist der Statorgrundkörper 10 ein Vielzahl von Kühlkanälen 24 auf, welche entlang eines Umfangs des Statorgrundkörpers 10 angeordnet sind. Insbesondere weist jeder Kühlkanal 24 den gleichen Abstand zur Symmetrieachse 36 auf. Beispielsweise weist der Statorgrundkörper 10 zehn Kühlkanäle 24 auf. Die Kühlkanäle 24 sind vorteilhaft zueinander äquidistant entlang des Umfangs angeordnet. Darunter, dass die Kühlkanäle 24 zueinander äquidistant angeordnet sind ist zu verstehen, dass jeweils zwei zueinander benachbarte Kühlkanäle 24 bezüglich der Symmetrieachse 36 stets den gleichen Winkel aufspannen.
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In alternativen Ausführungsformen hat der Statorgrundkörper 10 eine beliebige andere Außenform, insbesondere quadratisch, rechteckig, kreisförmig, hexagonal und/oder als regelmäßiges n-Eck ausgebildet, wobei n bevorzugt größer als fünf ist. Die Außenform des Statorgrundkörpers 10 richtet sich insbesondere an den technischen Anforderungen an einen den Statorgrundkörper 10 aufweisenden Elektromotor, insbesondere durch einen verfügbaren Bauraum. Vorteilhaft ist die Außenform des Statorgrundkörpers 10 zumindest weitgehend symmetrisch zur Rotationsachse bzw. zur Symmetrieachse 36.
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In 5 ist ein vormontierter Statorgrundkörper 10 des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels abgebildet. Der vormontierte Statorgrundkörper 10 weist Spulenwicklungen 60 auf. Die Spulenwicklungen 60 werden durch die Trägerzähne 38 des Statorgrundkörpers 10 aufgenommen. Im Ausführungsbeispiel sind die Spulenwicklungen 60 als Steckwicklungen ausgebildet. Bevorzugt haben die Drähte der Steckwicklungen einen rechteckigen Querschnitt.
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Im vormontierten Statorgrundkörper 10 sind beispielsweise Zuganker 62 angebracht. Die Zuganker 62 sind jeweils durch die Durchführungen 42 durchgesteckt. Im in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchführungen 42 jeweils zwischen zwei benachbarten Kühlkanälen 24 angeordnet. Am vormontierten Statorgrundkörper 10 in 5 ist beispielsweise ein Lagerschild 70 an der zweiten Stirnseite 35 angebracht.
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Der Statorgrundkörper 10 bzw. das Statorblech 12 des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels weist eine abschnittsweise eine weitgehend rechteckige Grundfläche 46 auf. Im Ausführungsbeispiel weist die Grundfläche 46 beispielsweise eine erste Breite 48 von 17 cm und eine zweite Breite 50 von 13 cm auf.
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In 6 ist ein Statorblech 12 eines alternativen Ausführungsbeispiels abgebildet. Das in 6 abgebildete Statorblech 12 hat eine abschnittsweise weitgehend rechteckige Grundfläche 46. Die Grundfläche der in 6 abgebildeten Ausführungsform weist beispielsweise eine erste Breite 48 von 17 cm und eine zweite Breite 50 von 15 cm. In vorteilhaften Varianten mit zumindest abschnittsweise weitgehend rechteckiger Grundfläche 46 liegt die erste Breite 48 zwischen 12 cm und 22 cm, vorteilhaft zwischen 14 cm und 20 cm, besonders vorteilhaft zwischen 16 cm und 18 cm. Beispielsweise liegt die zweite Breite 50 zwischen 10°cm und 20 cm, vorteilhaft zwischen 12 cm und 18 cm, besonders vorteilhaft zwischen 14 cm und 16 cm.
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Die beiden in den 1 und 6 gezeigten Statorbleche 12 weisen jeweils vier Ausnehmungen 22 auf. Statorgrundkörper 10, welche jeweils die in den 1 und 6 gezeigten Statorblechen 12 aufweisen, beispielsweise der in 2 gezeigte Statorgrundkörper 10, weisen jeweils vier Kühlkanäle 24 auf. Vorteilhaft sind die vier Kühlkanäle 24 jeweils in den Ecken der Grundfläche 46 angeordnet.
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Im in 6 abgebildeten Ausführungsbeispiel weist der wenigstens eine Kühlkanal 24 bzw. die wenigstens eine Ausnehmung 22 eine Kanalwand auf, welche einen ersten Abschnitt 52 aufweist, der entlang eines gedachten Kreises um die Symmetrieachse 36 bzw. um den Kreismittelpunkt 30 angeordnet ist bzw. entlang diesem gedachten Kreis verläuft. Der erste Anschnitt 52 verläuft insbesondere weitgehend entlang der kreisförmigen Rotorausnehmung 14. Der gedachte Kreis hat insbesondere einen größeren Radius als die Rotorausnehmung 14.
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Das in 6 abgebildete Statorblech 12 unterscheidet sich vom in 1 abgebildeten Statorblech 12 insbesondere in der Grundfläche 46, der Geometrie der Kühlkanäle 22 sowie in der Position der Durchführungen 46. Insbesondere stimmt das in 6 abgebildete Statorblech 12 mit dem in 1 abgebildeten Statorblech 12 hinsichtlich der Rotorausnehmung 14, insbesondere der Zahnelemente 18 und Nuten 20 weitgehend überein.
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Der wenigstens eine Kühlkanal 24 des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels weist einen ersten Abschnitt 52 auf, der entlang eines gedachten Kreises um die Symmetrieachse 36 bzw. um den Kreismittelpunkt 30 angeordnet ist bzw. entlang diesem gedachten Kreis verläuft. Der gedachte Kreis hat insbesondere einen größeren Radius als die Rotorausnehmung 14.
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Der wenigstens eine Kühlkanal 24 des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels weist einen ersten Abschnitt 52 auf, der entlang eines gedachten ersten Kreises um die Symmetrieachse 36 bzw. um den Kreismittelpunkt 30 angeordnet ist bzw. entlang diesem gedachten ersten Kreis verläuft. Der gedachte erste Kreis hat insbesondere einen größeren Radius als die Rotorausnehmung 14. Der wenigstens eine Kühlkanal 24 weist einen zweiten Abschnitt 54 auf, der entlang eines gedachten zweiten Kreises um die Symmetrieachse 36 bzw. um den Kreismittelpunkt 30 angeordnet ist bzw. entlang diesem gedachten zweiten Kreis verläuft. Der gedachte zweite Kreis hat insbesondere einen größeren Radius als die Rotorausnehmung 14 und einen größeren Radius als der gedachte erste Kreis.
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Die Kühlkanäle 24 des in 4 abgebildeten Ausführungsbeispiels sind weitgehend schlitzförmig ausgebildet bzw. haben einen schlitzförmigen Querschnitt. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 52 und dem zweiten Abschnitt 54 deutlich kleiner als eine Länge des ersten Abschnitts 52 und/oder des zweiten Abschnitts 54. Darunter, dass eine erste Länge deutlich kleiner ist als eine zweite Länge, soll insbesondere verstanden werden, dass die erste Länge wenigstens um einen Faktor vier kleiner ist als die zweite Länge, bevorzugt wenigstens um einen Faktor sechs, besonders bevorzugt um einen Faktor acht.
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Im in 6 abgebildeten Ausführungsbeispiel hat der wenigstens eine Kühlkanal 24 bzw. die wenigstens eine Ausnehmung 22 eine Kanalbreite 56 von 3,2 cm. Die Kanalbreite 56 ist parallel zur zweiten Breite 50 des Statorgrundkörpers 10 angeordnet. Die zweite Breite 50 ist beispielsweise eine Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 beträgt beispielsweise ein 16/75-tel der Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 beträgt beispielsweise ungefähr 21,3% der Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 verläuft beispielhaft teilweise entlang eines zweiten Abschnitts 54 der Kanalwand des Kühlkanals 24 bzw. der Ausnehmung 22. Der zweite Abschnitt 54 ist weitgehend parallel zur zweiten Breite 50 ausgerichtet. Dadurch, dass der erste Abschnitt 52 entlang des gedachten Kreises verläuft und der zweite Abschnitt 54 weitgehend entlang der Statorgrundkörperbreite verläuft, wird ein Kühlkanal 24 mit einer besonders vorteilhaft großen Querschnittsfläche ermöglicht. Insbesondere im Verhältnis zur Querschnittsfläche des Statorblechs 12 ist die Querschnittsfläche des Kühlkanals 24 besonders groß. Das ermöglicht eine besonders hohe Kühlleistung bei einer vorgegebenen Querschnittsfläche des Statorblechs 12 bzw. des Statorgrundkörpers 10.
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Im in 1 bzw. 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel hat der wenigstens eine Kühlkanal 24 bzw. die wenigstens eine Ausnehmung 22 eine Kanalbreite 56 von 3,5 cm. Die Kanalbreite 56 ist parallel zur zweiten Breite 50 des Statorgrundkörpers 10 angeordnet. Die zweite Breite 50 ist beispielsweise eine Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 beträgt beispielsweise ein 7/26-tel der Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 beträgt beispielsweise ungefähr 26,9% der Statorgrundkörperbreite. Die Kanalbreite 56 verläuft beispielhaft teilweise entlang eines zweiten Abschnitts 54 der Kanalwand des Kühlkanals 24 bzw. der Ausnehmung 22. Der zweite Abschnitt 54 ist weitgehend parallel zur zweiten Breite 50 ausgerichtet.
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In alternativen Varianten ist die erste Breite 48 eine Statorgrundkörperbreite. In Varianten mit weitgehend zylinderförmigen und/oder hohlylinderförmigen Statorgrundkörper 10, wie beispielsweise die in 4 gezeigte Ausführungsform, ist der Durchmesser des Statorgrundkörpers 10 eine Statorgrundkörperbreite.
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Zur Bestimmung des Verhältnisses aus Kanalbreite und Kühlkörperbreite kann vorteilhaft als Statorgrundkörperbreite eine Breite des Statorgrundkörpers gewählt werden, welche parallel oder weitgehend parallel zur Kanalbreite 56 des Kühlkanals 24 ausgerichtet ist. Umgekehrt ist es denkbar, dass vorteilhaft als Kanalbreite 56 des Kühlkanals 24 eine Breite des Kühlkanals 24 gewählt wird, welche parallel oder weitgehend parallel zur Statorgrundkörperbreite angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die Statorgrundkörperbreite in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des Statorblechs 12 bzw. des Statorgrundkörpers 10 bestimmt wird und/oder dass die Kanalbreite 56 in Abhängigkeit der Querschnittsfläche des Kühlkanals 24 bzw. der Ausnehmung 22 bestimmt wird. Beispielsweise kann die Statorgrundkörperbreite als Quadratwurzel der Querschnittsfläche des Statorblechs 12 bzw. des Statorgrundkörpers 10 bestimmt werden und/oder die Kanalbreite 56 Quadratwurzel der Querschnittsfläche des Kühlkanals 24 bzw. der Ausnehmung 22 bestimmt werden.
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7 zeigt ein Verfahren 82 zur Fertigung des Statorgrundkörpers 10. In einem ersten Schritt 84 werden die Statorbleche 12 gestanzt. Bevorzugt sind die Statorbleche 12 gleichartig ausgebildet bzw. weisen die gleiche Geometrie auf. Besonders bevorzugt werden alle Statorbleche 12 mit einer Presse bzw. mit einem Schneidwerkzeug gefertigt.
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In einem weiteren zweiten Schritt 86 wird im Inneren der Statorbleche 12 jeweils eine Ausnehmung 22 gestanzt oder ausgeschnitten. Die Statorbleche 12 weisen danach jeweils wenigstens eine Ausnehmung 22 auf. Es ist denkbar, dass der erste Schritt 84 und der zweite Schritt 86 kombiniert werden bzw. gleichzeitig ausgeführt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass beim Stanzen eines Statorblechs 12 die Ausnehmung 22 mitgestanzt wird.
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In einem dritten Schritt 88 werden die Statorbleche übereinandergeschichtet. Beim Übereinanderschichten 88 der Statorbleche 12 werden die Statorbleche 12 so zueinander angeordnet, dass die entsprechenden Ausnehmungen 22 übereinander angeordnet sind und auf diese Weise den Kühlkanal 24 ausbilden.
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In einem optionalen vierten Schritt 90 (in 7 gestrichelt dargestellt) werden anschließend die zum Statorgrundkörper 10 geschichteten Statorbleche 12 miteinander verschweißt, bevorzugt entlang der Symmetrieachse 36. Es ist auch denkbar, dass die Statorbleche 12 im vierten Schritt 90 miteinander verstemmt werden. Verstemmen wird manchmal auch als Verknüpfen bezeichnet. Es ist möglich, dass die Statorbleche 12 miteinander verschweißt und/oder verstemmt werden.
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In einem optionalen fünften Schritt 92 (in 7 gestrichelt dargestellt) wird der wenigsten eine Kühlkanal 24 in seinem Inneren der mit einer Beschichtung, bevorzugt aus Epoxid, beschichtet. Vorteilhaft wird die Beschichtung durch Pulverbeschichten aufgetragen, besonders bevorzugt elektrostatisches Pulverbeschichten. Bevorzugt wird auch der Statorgrundkörper 10 auf seiner Außenseite und/oder an seinen Stirnsteiten 34, 35 beschichtet. Auf diese Weise wird der Statorgrundkörper 10 vor äußeren Einwirkungen geschützt.
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Es ist auch denkbar, dass die Rotorausnehmung 14 bzw. die Innenseite der Rotorausnehmung 14 beschichtet wird. Insbesondere ist es denkbar, dass die Nuten 20 und/oder Trägerzähne 38 beschichtet werden. Auf diese Weise wird der Statorgrundkörper 10 durch die Beschichtung elektrisch gegen die Spulenwicklungen 60 isoliert.
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In einer besonders bevorzugten Variante wird der Statorgrundkörper 10 im fünften Schritt 92 in einem Arbeitsgang weitgehend vollständig mit der Beschichtung, bevorzugt aus Epoxid, beschichtet, insbesondere wird der Statorgrundkörper 10 im Inneren des wenigstens einen Kühlkanals 24, auf seiner Außenseite, an seinen Stirnseiten 34, 35 sowie an den Nuten 20 und Trägerzähnen 38 mit der Beschichtung beschichtet. Das ermöglicht eine besonders schnelle und effiziente Herstellung des Statorgrundkörpers 10.
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Beim elektrostatischen Pulverbeschichten wird bevorzugt gereinigte und getrocknete Druckluft mittels Hochspannungselektroden ionisiert. Diese Druckluft lädt das Pulver elektrostatisch auf. Der zu beschichtende Statorgrundkörper 10 wird mittels der Druckluft mit dem Pulver, bevorzugt Epoxidpulver besprüht bzw. umströmt. Der Statorgrundkörper 10 liegt an Masse. Dadurch schlägt sich das Pulver bzw. dem Statorgrundkörper 10, bevorzugt in dem wenigstens einem Kühlkanal 24 und/oder an der Außenseite des Statorgrundkörpers 10 und/oder an den Stirnseiten 34, 35 nieder haftet elektrostatisch an diesen. Auf diese Weise wird der Statorgrundkörper, insbesondere der wenigstens eine Kühlkanal 24 beschichtet, bevorzugt weitgehend vollflächig und gleichmäßig. Optional werden die nicht zu beschichtenden Bereiche vorher maskiert. Durch induktive Erwärmung des Statorgrundkörpers 10 plastifiziert das Pulver und härtet durch die im Statorgrundköper 10 gespeicherte Restwärme aus. Dabei verbinden sich durch fortgesetzte Addition (Polyaddition) einzelne Moleküle zu einem Makromolekül. Dieses vernetzte Makromolekül ist ein Duroplast. Alternativ kann in Schritt 92 eine Beschichtung durch Lackieren aufgetragen werden.
