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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isolationselement zur Verwendung bei einer Befestigung einer elektrischen Maschine an einer Brennkraftmaschine, eine Verwendung eines solchen Isolationselements sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Isolationselements.
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Stand der Technik
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In Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen kann zur Bordnetzversorgung eine elektrische Maschine, insbesondere in Form eines Generators oder Startergenerators, eingesetzt werden. Die elektrische Maschine kann hierzu unter Verwendung eines oder mehrerer Haltearme oder Haltefüße an der Brennkraftmaschine, dort typischerweise am sog. Motorblock, befestigt werden.
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Wie beispielsweise in der
DE 10 2016 226 207 A1 beschrieben, kann hierzu ein Bolzen verwendet werden, der durch jeweils ein Loch von zwei solchen Haltearmen an der elektrischen Maschine und zwischen den zwei Haltearmen durch einen Motorblock bzw. eine entsprechende Komponente an der Brennkraftmaschine.
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Insbesondere im Hinblick auf höhere Bordnetzspannung wie beispielsweise 48 V, die von der elektrischen Maschine im Falle eines generatorischen Betriebs geliefert wird, ist eine Isolation der elektrischen Maschine gegen die Brennkraftmaschine, deren Motorblock typsicherweise auf Masse liegt, erwünscht.
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Hierzu können Isolationselemente verwendet werden, die aus einer mit Kunststoff umspritzten, metallischen Lochscheibe bestehen, wie in der
DE 10 2016 226 207 A1 erwähnt. Hierzu ist es typischerweise nötig, in die Lochschiebe am äußeren Rand eine Nut einzufräsen, sodass die durch das Umspritzen hergestellte Kunststoffkomponente sich mit der metallischen Lochscheibe verbunden bleibt. Gerade der Fräsvorgang kann jedoch sehr aufwändig und teuer sein. Ebenso ergibt sich bei einem solchen Herstellvorgang eine relative hohe Kohlenstoffdioxidemission.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Isolationselement, eine Verwendung eines solchen Isolationselements sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Isolationselements mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung geht aus von Isolationselement, aufweisend eine Lochscheibe, wie beispielsweise eine Unterlegscheibe, und eine elektrisch isolierend wirkende, insbesondere aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehende, Isolationskomponente mit einem ringscheibenförmigen Bereich und einem sich davon zumindest im Wesentlichen senkrecht erhebenden, rohrförmigen Abschnitt. Dabei liegt der ringscheibenförmige Bereich der Isolationskomponente an einer im Wesentlichen ebenen (bzw. flachen) Seite der Lochscheibe, d.h. an einer von zwei großflächigen Seiten, nicht jedoch den schmalen Kanten bzw. Seitenflächen, an. Der rohrförmige Abschnitt der Isolationskomponente hingegen liegt zumindest teilweise an einer im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite, also einer der eben erwähnten Kanten bzw. schmalen Seitenflächen, der Lochscheibe an.
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Erfindungsgemäß ist hier nun vorgesehen, dass an der im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe, d.h. einer der Kanten bzw. schmalen Seitenflächen, wenigstens eine vorstehende Haltenase ausgebildet ist, die mit einer in dem rohrförmigen Abschnitt der Isolationskomponente ausgebildeten Nut in Eingriff steht. Insbesondere ist die Lochscheibe dabei mit der Isolationskomponente verpresst. Es versteht sich, dass diese Nut dann auf einer der wenigstens einen vorstehenden Haltenase bzw. der entsprechenden Seite der Lochscheibe zugewandten Seite der zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist die Lochscheibe aus Metall, insbesondere Stahl, ausgebildet, die Isolationskomponente ist bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet und insbesondere mittels Spritzgussverfahren hergestellt.
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Im Vergleich zu einer Nut in der (metallischen) Lochscheibe, die aufwändig und teuer mittels Fräsen hergestellt werden muss, können einzelne, vorstehenden Haltenasen sehr einfach und auch kostengünstig mittels Stanzen, Prägen oder Umformen hergestellt werden. Besonders zweckmäßig ist beispielsweise das Prägen bzw. Stanzen der Haltenase mittels eines Stempelwerkzeugs oder dergleichen, mit dem am Rand der Lochscheibe die Haltenase eingefügt werden kann. Die Nut in der Isolationskomponente hingegen kann, insbesondere im Falle des Spritzgießens, einfach vorgesehen sein, beispielsweise durch eine geeignete Spritzgussform. Insgesamt können damit also nicht nur Zeit und Kosten eingespart werden, sondern auch Kohlenstoffdioxidemissionen bei der Herstellung reduziert werden.
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Vorzugsweise sind an der im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe wenigstens zwei und/oder höchstens acht vorstehende Haltenasen, insbesondere drei, vier oder fünf Haltenasen, ausgebildet. Zweckmäßig ist im Falle mehrere Haltenasen eine regelmäßige Anordnung dieser Haltenasen um den Umfang der zylindermantelförmigen Seite. Die in dem rohrförmigen Abschnitt der Isolationskomponente ausgebildete Nut ist insbesondere ringförmig ausgebildet. Damit kann mit wenigen bzw. einigen Haltenasen ohne besondere Positionierung immer ein sicherer Halt der Lochscheibe an bzw. in der Isolationskomponente erreicht werden.
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Vorteilhafterweise ist der rohrförmige Abschnitt der Isolationskomponente an einem inneren Rand des ringscheibenförmigen Bereichs ausgebildet. Damit kann eine einfache Herstellung erfolgen. Zweckmäßig ist es dann auch, wenn ein weiterer rohrförmiger Abschnitt an einem äußeren Rand des ringscheibenförmigen Bereichs ausgebildet ist, der zumindest teilweise an einer weiteren, im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe anliegt. Damit bildet die Isolationskomponente eine Art Hülse, in die die Lochscheibe einbracht bzw. eingepresst werden kann, wodurch sowohl an einer Innenseite eine Isolationswirkung gegen einen typischerweise einzubringenden Bolzen, als auch an der Außenseite gegen etwaige Berührung erreicht wird.
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Bevorzugt ist es dabei außerdem, wenn ein noch weiterer rohrförmiger Abschnitt an dem inneren Rand des ringscheibenförmigen Bereichs auf einer dem rohrförmigen Abschnitt gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist dann an dem inneren Rand bzw. der inneren Seite eine Art Rohr vorgesehen, das sich beidseitig des ringscheibenförmigen Bereichs erstreckt. Damit kann eine noch bessere Isolationswirkung erreicht werden.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Isolationselements zur Befestigung einer elektrischen Maschine an einer Brennkraftmaschine. Zweckmäßig und typisch ist dabei die Verwendung von mehreren, insbesondere vier oder sechs solcher Isolationselemente.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationselements, insbesondere eines erfindungsgemäßen Isolationselements, das zur Verwendung bei einer Befestigung einer elektrischen Maschine an einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Hierbei werden eine Lochscheibe und eine elektrisch isolierend wirkende Isolationskomponente mit einem ringscheibenförmigen Bereich und einem sich davon zumindest im Wesentlichen senkrecht erhebenden, rohrförmigen Abschnitt, bereitgestellt. Die Lochscheibe kann insbesondere aus Metall hergestellt werden, beispielsweise gedreht oder gestanzt, die Isolationskomponente kann insbesondere aus Kunststoff hergestellt werden, insbesondere mittels Spritzgießen.
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Dann wird an einer im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe wenigstens eine vorstehende Haltenase ausgebildet, in einem rohrförmigen Abschnitt der Isolationskomponente wird eine Nut ausgebildet, was zweckmäßigerweise im Rahmen des zuvor erwähnten Spritzgießens erfolgt. Die Lochscheibe wird dann derart in Bezug auf die Isolationskomponente angeordnet, insbesondere in diese eingepresst, dass der ringscheibenförmige Bereich der Isolationskomponente an einer im Wesentlichen ebenen Seite der Lochscheibe anliegt, und dass der rohrförmige Abschnitt der Isolationskomponente zumindest teilweise an der im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite der Lochscheibe anliegt, wobei die wenigstens eine Haltenase mit der Nut in Eingriff gebracht wird.
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Hinsichtlich der Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Isolationselement verwiesen, die hier entsprechend gelten.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung besch rieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine bei der ein erfindungsgemäßes Isolationselement verwendet werden kann.
- 2 zeigt schematisch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Isolationselements in einer bevorzugten Ausführungsform bei einer elektrischen Maschine.
- 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Isolationselement in einer bevorzugten Ausführungsform.
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4 zeigt das Isolationselement aus 3 in einer anderen Ansicht.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist grob schematisch eine elektrische Maschine 100 in dargestellt, bei der ein erfindungsgemäßes Isolationselement verwendet werden kann. Die elektrische Maschine 100 kann insbesondere im motorischen und generatorischen Betrieb verwendet werden, besonders bevorzugt auch in einem sog. Boost-Rekuperations-System (d.h. zur Energierückgewinnung und Antriebsunterstützung).
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Die elektrische Maschine weist einen Läufer bzw. Rotor 110 auf einer Welle 111 auf, der beispielsweise hier nicht näher dargestellte Klauenpole und eine Läuferwicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist. Auf der Welle 111 ist eine Riemenscheibe 112 zur Ankopplung an eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Entsprechend ist auch ein Ständer bzw. Stator 120 gezeigt, der beispielsweise eine hier nicht näher dargestellte Ständerwicklung aufweisen kann.
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Teil der elektrischen Maschine 100 bzw. daran angeordnet ist hier nun eine Gleichrichtereinheit 115 (bzw. ein Inverter), die beispielsweise an einem Gehäuse 130 der elektrischen Maschine, das den Läufer 110 und auch den Ständer 120 umgibt, angebracht sein kann.
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Weiterhin sind beispielhaft zwei Haltearme 140 und 141 vorgesehen, die beispielsweise Teil des Gehäuses sein können oder daran ausgebildet bzw. befestigt sein können. Die Haltearme 140, 141 weisen jeweils ein Durchgangsloch 145 bzw. 146 auf, sodass die elektrische Maschine mittels eines Bolzens an einer Brennkraftmaschine befestigt werden kann.
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In 2 ist schematisch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Isolationselements in einer bevorzugten Ausführungsform bei einer elektrischen Maschine dargestellt. Bei der elektrischen Maschine kann es sich beispielsweise um die in 1 gezeigte elektrische Maschine handeln, allerdings sind davon nur die beiden Haltearme 140 und 141 dargestellt. Zudem ist ein Teil eines Motorblocks 170 einer Brennkraftmaschine dargestellt, an dem die elektrische Maschine befestigt bzw. angebracht ist.
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In das Durchgangsloch 145 des Haltearms 140 ist von einer dem Haltearm 141 zugewandten Seite her ein Isolationselement 200 eingebracht. In dem Durchgangsloch 146 des Haltearms 141 ist eine sog. Schiebebuchse 147 mit einem Innengewinde und in die Schiebebuchse 147 von einer dem Haltearm 140 zugewandten Seite her ein Isolationselement 200 eingebracht.
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Es versteht sich, dass die Durchgangslöcher 145 und 146 sowie die Schiebebuchse 147 hinsichtlich ihrer konkreten Innendurchmesser entsprechend auf die betreffenden Komponenten bzw. Isolationselemente abgestimmt sind. So weist das Durchgangsloch 145 beispielsweise von den beiden Seiten her gesehen verschiedene Innendurchmesser auf.
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Weiterhin ist ein Bolzen 150 vorgesehen, der durch das Durchgangsloch 145 und das darin eingebrachte Isolationselement 160, eine Öffnung 171 in dem Motorblock 170 sowie die Schiebebuchse 147 und das darin eingebrachte Isolationselement 160 geführt ist. Mittels eines Gewindes am Ende des Bolzens 150, mithin eines Gewindebolzens, kann dieser in der Schiebebuchse 147 bzw. deren Innengewinde verschraubt und damit die elektrische Maschine an dem Motorblock 170 bzw. der Brennkraftmaschine befestigt werden.
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Durch die Isolationselemente 160 kann die elektrische Maschine gegen den Motorblock 170 bzw. die Brennkraftmaschine elektrisch isoliert werden. Es versteht sich, dass weitere Isolationselemente an ggf. weiteren Haltearmen der elektrischen Maschine vorgesehen werden können.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßes Isolationselement 200 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Dabei zeigt 3a eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer Lochschreibe 210, 3b eine perspektivische Ansicht eine Isolationskomponente 220 und 3c eine perspektivische Ansicht des Isolationselements 200 mit in die Isolationskomponente eingepresster Lochscheibe.
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In 4 ist das Isolationselement 200 aus 3 in einer anderen Ansicht dargestellt, nämlich in einem Längsschnitt. Dabei zeigt 4a die Lochscheibe 210 und die Isolationskomponente getrennt und neben- bzw. übereinander, 4b das Isolationselement 200 mit in die Isolationskomponente eingepresster Lochscheibe.
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Nachfolgend sollen die 3 und 4 übergreifend beschrieben werden. Bei der Lochscheibe 210 handelt es sich um eine im Wesentlichen zylindrische Form mit sehr geringer Höhe und einem zentralen Loch bzw. einer zentralen, ebenfalls zylindrischen Ausnehmung. Eine solche Lochscheibe kann auch als Unterlegscheibe bezeichnet werden und sie weist zwei gegenüberliegende, ringscheibenförmige Seite 211 auf, die im Wesentlichen eben bzw. flach sind, sowie eine innere im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite 212 und eine äußere im Wesentlichen zylindermantelförmigen Seite 213. Die Kanten der Lochscheibe 210 können auch abgerundet sein.
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An der inneren, zylindermantelförmigen Seite 212 der Lochscheibe sind beispielhaft drei vorstehende Haltenasen 215 ausgebildet, die beispielsweise durch einen geeigneten Stanz- oder Umformvorgang hergestellt bzw. ausgebildet werden können.
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Bei der Isolationskomponente 220 handelt es sich um eine Art Hülse mit ringscheibenförmigen Bereich 221, an dessen innerem Rand ein rohrförmiger Abschnitt 222 ausgebildet ist. Ein weiterer rohrförmiger Abschnitt 223 ist am äußeren Rand des ringscheibenförmigen Bereichs 221 ausgebildet. Wie in den 4a und 4 b zu sehen ist, ist zudem ein rohrförmiger Abschnitt 226 am inneren Rand des ringscheibenförmigen Bereichs 221, und zwar dem Abschnitt 221 gegenüberliegend, ausgebildet.
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An dem rohrförmigen Abschnitt 222 ist, an der dem Abschnitt 223 zugewandten Seite, eine ringförmige Nut 225 ausgebildet. Diese Nut 225 kann beispielsweise, mittig in Bezug auf die Höhe des Abschnitt 222 über dem ringscheibenförmigen Bereich 221 vorgesehen sein.
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Die Isolationskomponente 220 kann dabei insbesondere mittels Spritzgießen bzw. im Rahmen eines Spritzgussvorgangs hergestellt werden, wodurch sich insbesondere auch die Nut 225 besonders einfach ausbilden lässt.
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In den 3c und 4b ist das Isolationselement 200 mit zusammengefügter Lochscheibe 210 und Isolationskomponente 220 zu sehen. Im Rahmen der Herstellung wird die Lochscheibe 210 dabei insbesondere in die Isolationskomponente 220 eingepresst, sodass der ringscheibenförmige Bereich 221 an der Seite 211 (bzw. an einer von zwei solchen Seiten) anliegt, und sodass der rohrförmige Abschnitt 222 zumindest teilweise an der zylindermantelförmigen Seite 212 anliegt. Die Haltenasen 215 und die Nut 225 stehen dabei in Eingriff.
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Insbesondere aufgrund der besonders einfachen Herstellung der Lochscheibe ist damit insgesamt eine günstige und schnelle - und auch emissionsarme - Herstellung des Isolationselements 200 möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016226207 A1 [0003, 0005]
