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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zum Fixieren eines elektrischen Anschlusselements eines Stators einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse der elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem geklemmten elektrischen Anschlusselement.
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Gemäß bekannten Konzepten können Statorspulen oder Statorwicklungen einer Elektromaschine mittels einer Verschaltungsanordnung mit Außenanschlussstellen oder Leistungsanschlüssen (z.B. Anschlusskabeln) kontaktiert werden, um mittels einer elektrischen Schaltung oder Leistungselektronik eine jeweilige Spannung an die einzelnen Phasen der Wicklung anzulegen.
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Beispielsweise kann es jedoch bei einer Montage der Leistungsanschlüsse schwierig sein, die Anschlussstellen der Verschaltungsanordnung zu erreichen, da diese im Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet sein können. Bei der Montage der Leistungsanschlüsse kann z.B. durch eine mechanische Belastung an der Verschaltungsanordnung ein Risiko der Beschädigung der Verschaltungsanordnung oder der Beschädigung eines Gehäuses (z.B. einer Umspritzung) der Verschaltungsanordnung auftreten.
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Es ist beispielsweise möglich, einen Teil der Verschaltungsanordnung, beispielsweise eine einteilig ausgebildete, gebogene Stromschiene, aus dem Gehäuse herauszuführen, um ein einfacheres elektrisches Kontaktieren zu ermöglichen. Jedoch kann die Fertigung und Montage unter Verwendung solcher Verschaltungsanordnungen zu einem Mehraufwand und damit zu höheren Kosten der elektrischen Maschine führen. Ebenso kann bei einer mechanischen Belastung der herausstehenden Anschlussstellen weiterhin ein Risiko der Beschädigung der Verschaltung bestehen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, verbesserte Konzepte zum elektrischen Kontaktieren einer in einem Maschinengehäuse einer elektrischen Maschine angeordneten Verschaltungsanordnung eines Stators der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst gemäß den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Aspekte und Weiterbildungen der Erfindung, die zusätzliche Vorteile bewirken können, sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie in Verbindung mit den gezeigten Figuren beschrieben.
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Dazu wird erfindungsgemäß eine Klemmvorrichtung zum Fixieren eines elektrischen Anschlusselements eines Stators einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse der elektrischen Maschine bereitgestellt. Das elektrische Anschlusselement (z.B. ein elektrisch leitfähiger Kontaktbolzen) ist mit einer Verschaltung des Stators elektrisch verbunden und durch eine Öffnung des Gehäuses herausgeführt ist. Die Klemmvorrichtung umfasst ein erstes Element (z.B. erstes Klemmteil), ein zweites Element (z.B. zweites Klemmteil) und Befestigungsmittel zum Befestigen des zweiten Elements am ersten Element bzw. der beiden Elemente aneinander.
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Das erste Element umfasst eine Öffnung zum Durchführen des elektrischen Anschlusselements in einer axialen Richtung (z.B. entlang einer Achse des elektrischen Anschlusselements und/oder einer Rotorachse der elektrischen Maschine) sowie einen Klemmbereich zum Anordnen zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäuse. Beispielsweise kann das elektrische Anschlusselement durch einen Gehäusedeckel des Gehäuses im Wesentlichen parallel zur Rotorachse der elektrischen Maschine herausgeführt werden. Alternativ kann das elektrische Anschlusselement z.B. durch eine Seitenwand des Gehäuses herausgeführt werden (z.B. in radialer Richtung der Rotorachse).
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Die Klemmvorrichtung ist derart ausgebildet, dass bei einem Befestigen oder Montieren des zweiten Elements am ersten Element unter Verwendung des Befestigungsmittels das zweite Element so gegen den Klemmbereich gedrückt wird, dass der Klemmbereich in radialer Richtung (z.B. bezogen auf eine Achse des elektrischen Anschlusselements) deformiert wird. Beispielsweise wird zumindest ein Teil des Klemmbereichs (z.B. ein freistehender Teil) in die radiale Richtung gedrückt, so dass sich die radiale Position des Klemmbereichs gegenüber einer ursprünglichen Position am ersten Element verschiebt. Der Klemmbereich kann entsprechend elastisch oder flexibel ausgebildet sein, um die Deformation ohne ein Brechen des Klemmbereichs zu ermöglichen. Der Klemmbereich kann z.B. einen Kunststoff und/oder ein Metall umfassen. Insbesondere kann der Klemmbereich elektrisch isolierend ausgebildet sein. Aus der Deformation des Klemmbereichs in radialer Richtung, z.B. parallel zu einer Richtung von Gehäuse zu elektrischem Anschlusselement, resultiert eine Klemmwirkung der Klemmvorrichtung, durch die das elektrische Anschlusselement bezüglich des Gehäuses fixiert wird.
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Die Klemmvorrichtung kann mit anderen Worten durch eine Montage der Klemmvorrichtung am Gehäuse zwischen dem elektrischen Anschlusselement und dem Gehäuse verklemmt oder verspannt werden. Durch die Klemmkraft, die zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäuse wirkt, wird das elektrische Anschlusselement gegenüber dem Gehäuse fixiert, z.B. mechanisch gesichert. Beispielsweise kann das geklemmte elektrische Anschlusselement in der Öffnung des ersten Elements der Klemmvorrichtung zumindest in axialer Richtung des elektrischen Anschlusselements kraftschlüssig mit dem ersten Element und/oder mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Beispielsweise kann ferner ein Formschluss zwischen der Öffnung des ersten Elements und dem elektrischen Anschlusselement zusätzlich eine Fixierung des elektrischen Anschlusselements gegenüber dem Gehäuse in einer radialen Richtung des elektrischen Anschlusselements und/oder in einer Drehrichtung um eine Achse des elektrischen Anschlusselements bewirken. Somit kann die vorgeschlagene Klemmvorrichtung (z.B. mittels Kraftschluss und/oder Formschluss) beispielsweise zugleich eine mechanische Sicherung des elektrischen Anschlusselements in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung gegenüber dem Gehäusedeckel und/oder in Drehrichtung um die Achse des elektrischen Anschlusselements bewirken.
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Durch die Fixierung (z.B. Verklemmen) des elektrischen Anschlusselements gegenüber Gehäuse und/oder Gehäusedeckel kann beispielsweise ein unerwünschtes Schwingen des elektrischen Anschlusselements in einem Betrieb der elektrischen Maschine reduziert oder vermieden werden. Beispielsweise weist das elektrische Anschlusselement (z.B. ein Metallbolzen) eine relativ hohe Masse auf, die bei Schwingungen eine starke Krafteinwirkung an der Verschaltungsanordnung bewirken könnte und zu einer Beschädigung eines elektrischen Kontakts zwischen elektrischem Anschlusselement und Verschaltungsanordnung und/oder zu einer Beschädigung eines Gehäuses (z.B. Umspritzung oder Verguss) der Verschaltungsanordnung führen könnte. Die Fixierung des elektrischen Anschlusselements gegenüber dem Gehäuse kann ferner z.B. ein Risiko einer Beschädigung an der Verschaltungsanordnung während einer Montage eines elektrischen Anschlusskabels an dem elektrischen Anschlusselement reduzieren.
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Das elektrische Anschlusselement ist z.B. ein an einer Verschaltungsanordnung des Stators angebrachtes elektrisches Kontaktelement. Das elektrische Anschlusselement kann an der Verschaltung (z.B. an einem Schaltring) z.B. angeschweißt oder angeschraubt sein und/oder zumindest teilweise in einem Gehäuse (z.B. Umspritzung) der Verschaltung angeordnet sein. Das elektrische Anschlusselement ist z.B. ein elektrisch leitfähiger Bolzen oder Strombolzen. Der elektrisch leitfähige Bolzen kann beispielsweise rund oder kantig ausgebildet sein, zum Beispiel als ein mehrkantiger (z.B. ein Sechskant-)Bolzen.
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Zur Montage der Klemmvorrichtung am elektrischen Anschlusselement kann beispielsweise das erste Element der Klemmvorrichtung mit einem Gehäusedeckel der elektrischen Maschine (z.B. angeordnet oder befestigt in einer Öffnung des Gehäusedeckels) auf das elektrische Kontaktelement aufgeschoben werden. Beispielsweise kann in einem nicht-montierten Zustand des zweiten Elementes das elektrische Anschlusselement in der Öffnung des ersten Elementes frei beweglich führbar sein. Durch die zunächst bereitgestellte Beweglichkeit der Klemmvorrichtung gegenüber dem elektrischen Anschlusselement kann beispielsweise eine fertigungsbedingte Toleranz (zum Beispiel eine axiale Abstandsabweichung) zwischen Verschaltungsanordnung und Gehäusedeckel ausgeglichen werden. Beispielsweise kann das erste Element der Klemmvorrichtung gemeinsam mit dem Gehäusedeckel in axialer Richtung auf das elektrische Anschlusselement aufgeschoben werden und der Gehäusedeckel am Gehäuse des Stators befestigt werden, sodass sich automatisch eine Position des ersten Elementes zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäuse ergibt.
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Zum Verklemmen der Klemmvorrichtung kann in der vom ersten Element gegenüber dem elektrischen Anschlusselement eingenommenen Position das zweite Element am ersten Element montiert (z.B. angeschraubt) werden. Beispielsweise ist in der Montageposition der Klemmbereich des ersten Elements in radialer Richtung zwischen dem elektrischen Anschlusselement und dem Gehäusedeckel (z.B. in einer Ebene des Gehäusedeckels) angeordnet. Durch das Befestigen des zweiten Elementes deformiert sich der Klemmbereich und die Klemmvorrichtung wird zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäusedeckel verklemmt. Das erste Element kann z.B. fest mit dem Gehäusedeckel verbunden sein und die Deformation des Klemmbereichs ein Andrücken des Klemmbereichs an das elektrische Anschlusselement umfassen. Alternativ kann der Klemmbereich z.B. direkt an einer Öffnung des Gehäusedeckels ausgebildet sein (z.B. ist das erste Element im Gehäuse integriert) und eine Montage des zweiten Elements am Gehäusedeckel kann ein Andrücken des Klemmbereichs gegen das elektrische Anschlusselement bewirken.
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Beispielsweise kann die Klemmvorrichtung zum Festklemmen mehrerer elektrischer Anschlusselemente ausgebildet sein. Entsprechend kann das erste Element mehrere (z.B. drei) Öffnungen zum Durchführen jeweiliger elektrischer Anschlusselemente aufweisen. Somit können vorteilhafterweise z.B. drei Anschlusselemente eines dreiphasigen Stators gegenüber dem Gehäuse gleichzeitig (z.B. durch Anschrauben eines einzigen zweiten Elements) mechanisch fixiert werden.
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Beispielsweise weist das zweite Element einen Kontaktbereich zum Kontaktieren des Klemmbereichs auf, wobei der Kontaktbereich in axialer Richtung zum ersten Element hin verjüngt ausgebildet ist. Der Kontaktbereich kann beispielsweise keilförmig oder konisch ausgebildet sein. Beim Montieren des zweiten Elementes (zum Beispiel durch Anschrauben oder Anstecken des zweiten Elementes an das erste Element) kann zunächst der verjüngte Teil des Kontaktbereichs am Klemmbereich anliegen. Durch Anschrauben kann das zweite Element in axialer Richtung in Richtung des ersten Elementes verschoben werden, sodass ein radial erweiterter Bereich des Kontaktbereichs den Klemmbereich kontaktiert und sich entsprechend eine Verformung des Klemmbereichs ergibt. Mit anderen Worten kann das Anbringen des zweiten Elementes eine Keilwirkung erzeugen, die ein Aufweiten des ersten Elementes zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäuse bewirkt. Beispielsweise kann durch weiteres Aneinanderführen (z.B. Verschrauben) des ersten und zweiten Elementes eine stärkere Deformation des Klemmbereichs (z.B. durch eine stärkere Keilwirkung) erreicht werden. Dadurch kann z.B. ein höherer Druck am elektrischen Anschlusselement und z.B. eine stabilere Fixierung erreicht werden. Beispielsweise kann die Klemmkraft am elektrischen Anschlusselement vorteilhafterweise durch die Anschraubstärke eingestellt werden.
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Beispielsweise weist das erste Element einen Aufnahmebereich für das zweite Element auf. Zum Beispiel kann das (z.B. keilförmige) zweite Element in den Aufnahmebereich eingeklemmt oder verkeilt werden. Ferner kann eine Seite des Klemmbereichs am Aufnahmebereich in axialer Richtung zum zweiten Element hin verjüngt ausgebildet sein, sodass beim Montieren (z.B. Verschrauben) des zweiten Elementes durch axiales Verschieben des verjüngten Kontaktbereichs gegenüber dem gegenläufig verjüngten Klemmbereich der Klemmbereich in radialer Richtung deformiert wird. Mit anderen Worten können Klemmbereich und Kontaktbereich formschlüssig zueinander ausgebildet sein. Bei einem axialen Aneinanderbringen der beiden Elemente, zum Beispiel mittels Anschrauben des zweiten Elementes am ersten Element, kann durch die je schräg ausgebildeten Bereiche die Deformation des Klemmbereichs bewirkt werden. Durch einen flächigen Kontakt zwischen Klemmbereich und Kontaktbereich kann beispielsweise eine verbesserte Kraftübertragung und/oder verringerte Materialbelastung der Klemmvorrichtung erreicht werden.
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Beispielsweise kann der Klemmbereich als Klemmlasche (z.B. Kunststoffzunge) ausgebildet sein oder eine Klemmlasche umfassen. Die Klemmlasche kann insbesondere an der Öffnung des ersten Elementes zum Durchführen des elektrischen Anschlusselements ausgebildet sein. Durch das Montieren (z.B. Anschrauben) des zweiten Elementes am ersten Element kann die Klemmlasche gegen das elektrische Anschlusselement gedrückt werden (z.B. durch Einkeilen des zweiten Elementes zwischen Gehäuse und Klemmlasche) und dieses mittels Kraftschluss fixieren.
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Beispielsweise umfasst das elektrische Anschlusselement einen mehrkantigen Bolzen und der Klemmbereich weist mehrere um die Öffnung des ersten Elementes angeordnete Klemmlaschen auf. Insbesondere können die Klemmlaschen korrespondierend zum mehrkantigen Bolzen angeordnet sein (z.B. je gegenüberliegend zu den Bolzenkanten). Eine Anzahl der bereitgestellten Klemmlaschen kann der Anzahl der Kanten des mehrkantigen Bolzens entsprechen. Beispielsweise ist der Kontaktbolzen ein sechskantiger Bolzen und entsprechend können sechs Klemmlaschen hexagonal um die Öffnung des ersten Elementes angeordnet sein. Ein Vorteil daran kann sein, dass zumindest in einem verklemmten Zustand der Klemmvorrichtung das elektrische Anschlusselement zusätzlich mittels Formschluss verdrehfest gegenüber der Klemmvorrichtung und/oder dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch kann z.B. eine verbesserte Montage eines Anschlusskabels am elektrischen Anschlusselement ermöglicht werden.
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Beispielsweise weist das elektrische Anschlusselement an einer Außenseite eine Bohrung mit einem Gewinde zum Anschrauben eines Kabelschuhs eines elektrischen Kabels zum Kontaktieren des elektrischen Anschlusselementes auf. Durch die Verdrehsicherung des elektrischen Anschlusselementes (z.B. um eine Achse des elektrischen Anschlusselements) gegenüber dem Gehäuse kann beim Anschrauben des elektrischen Anschlusskabels eine Übertragung einer Verwindungskraft über das elektrische Anschlusselement an die Verschaltungsanordnung reduziert oder vermieden werden, da die Drehkraft am Gehäusedeckel aufgenommen werden kann. Durch die geringere Krafteinwirkung an der Verschaltungsanordnung kann ein Risiko einer Beschädigung der Verschaltungsanordnung und/oder eines elektrischen Kontakts zwischen elektrischem Anschlusselement und Verschaltungsanordnung beim Anschrauben des elektrischen Anschlusskabels verringert werden.
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Beispielsweise kann das zweite Element am elektrischen Anschlusselement angespritzt ausgebildet sein. Der Klemmbereich der Klemmvorrichtung umfasst z.B. einen keilförmigen Außenbereich des ersten Elements. Bei der Befestigung des zweiten Elements am ersten Element ergibt sich durch die Deformation des Klemmbereichs z.B. eine radiale Aufweitung des ersten Elements. Beispielsweise kann der keilförmigen Außenbereich des ersten Elements durch die Deformation gegen eine Innenwand einer Öffnung des Gehäuses gedrückt werden, sodass sich ein Kraftschluss zwischen Außenbereich und Gehäuse ergibt. Beispielsweise kann im montierten Zustand des zweiten Elements das zweite Element verdrehfest zum ersten Element sein, sodass auch das elektrische Anschlusselement, an dem das zweite Element angespritzt ist, verdrehfest zum ersten Element und somit verdrehfest zum Gehäuse angeordnet ist.
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Beispielsweise weist die Klemmvorrichtung entlang einer Außenseite ein elastisches Element für einen Kontakt der Klemmvorrichtung mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine auf. Das elastische Element kann beispielsweise an die zum Gehäuse zeigende Außenseite der Klemmvorrichtung angespritzt sein (z.B. angespritztes Elastomer) und/oder in einer an der Außenseite ausgebildeten Nut angeordnet sein. Das elastische Element kann beispielsweise ein oder mehrere Gummilippen und/oder Gummiringe, beispielsweise O-Ringe umfassen. Durch die Flexibilität des elastischen Elementes kann die Klemmvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in einer Öffnung des Gehäuses beispielsweise in radialer Richtung bewegt werden, sodass eine Toleranz (beispielsweise ein toleranzbehafteter Abstand) zwischen elektrischem Anschlusselement und Gehäuse in radialer Richtung (z.B. senkrecht zur Rotationsachse der elektrischen Maschine) kompensiert werden kann. Beispielsweise kann das elastische Element für einen Abstandsausgleich bereitgestellt sein, jedoch keine Abdichtung des Gehäuses bewirken.
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Im Gehäuse (z.B. Statorgehäuse) können Sensoren des Stators, beispielsweise Temperatursensoren angeordnet sein. Daher kann vorgesehen sein, dass das erste und/oder das zweite Element eine Durchführung für ein Sensorkabel eines Sensors des Stators aufweist. Beispielsweise kann in zumindest einem der beiden Elemente eine Bohrung zur Durchführung des Sensorkabels bereitgestellt sein.
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Die Klemmvorrichtung kann ferner ein Einrastelement zum mechanischen Verbinden der Klemmvorrichtung mit dem Gehäuse (z.B. Gehäusedeckel) umfassen. Zum Beispiel können ein oder mehrere Einrastelemente am ersten Element der Klemmvorrichtung angeordnet sein, sodass das erste Element auf den Gehäusedeckel aufgesteckt werden kann und in einer vorbestimmten Position einrastet. Auf diese Weise kann z.B. eine Montage der Klemmvorrichtung am Stator vereinfacht werden. Beispielsweise kann das erste Element zunächst im Gehäusedeckel eingerastet werden und anschließend am Gehäuse montiert werden. Alternativ kann zunächst der Gehäusedeckel montiert werden und anschließend das erste Element durch Einrasten in einer Öffnung des Gehäusedeckels befestigt werden.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (z.B. einen Stator einer elektrischen Maschine) umfassend ein Statorgehäuse mit einer Statorwicklung und einer elektrischen Verschaltungsvorrichtung zum elektrischen Kontaktieren der Statorwicklung, einen Gehäusedeckel zum Verschließen des Statorgehäuses und zumindest ein elektrisches Anschlusselement (z.B. drei elektrische Anschlusselemente). Das elektrische Anschlusselement ist mit der Verschaltungsvorrichtung elektrisch verbunden (z.B. verschweißt) und zum elektrischen Kontaktieren einer Phase der Statorwicklung ausgebildet. Das elektrische Anschlusselement ist ferner am Gehäusedeckel mechanisch zumindest in axialer und radialer Richtung mittels einer Klemmung fixiert.
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Durch die Fixierung des elektrischen Anschlusselement gegenüber dem Gehäusedeckel kann beispielsweise ein unerwünschtes Schwingen des elektrischen Anschlusselements in einem Betrieb der elektrischen Maschine reduziert oder vermieden werden. Somit kann wie bereits oben beschrieben z.B. eine Krafteinwirkung an der Verschaltungsanordnung reduziert werden. Die vorgeschlagene Klemmung kann z.B. mittels Kraftschluss eine Sicherung des elektrischen Anschlusselements in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung und/oder in Drehrichtung gegenüber dem Gehäusedeckel bewirken.
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Insbesondere kann am Gehäuse, zum Beispiel am Gehäusedeckel, der elektrischen Maschine eine zuvor beschriebene Klemmvorrichtung zur mechanischen Fixierung oder Klemmung des elektrischen Anschlusselementes bereitgestellt sein.
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Beispielsweise ist das elektrische Anschlusselement ferner mittels Formschluss verdrehfest im Gehäusedeckel angeordnet. Beispielsweise ist eine Öffnung im Gehäuse formmäßig an einen Querschnitt des elektrischen Anschlusselements angepasst, sodass das elektrische Anschlusselement in der Öffnung nicht um eine Achse des elektrischen Anschlusselementes gedreht werden kann. Beispielsweise ist die Öffnung eine Sechskant-Öffnung und das elektrische Anschlusselement ein Sechskant-Bolzen. Die Verdrehsicherung kann bei einem Anschrauben eines elektrischen Anschlusskabels am elektrischen Anschlusselement eine Kraftaufnahme der Anschraubkraft an dem Gehäuse statt an der Verschaltungsanordnung bewirken.
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Weiterbildungen der elektrischen Maschine bzw. des Stators betreffen Merkmale von Weiterbildungen wie sie bereits in Verbindung mit der Klemmvorrichtung beschrieben sind. Daher wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet und die entsprechenden Merkmale gelten auch in Verbindung mit der elektrischen Maschine als offenbart. Weitere Aspekte der Erfindung sind auch in Verbindung mit den folgenden Beispielen offenbart.
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Einige Beispiele von Vorrichtungen werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Beispiel einer Klemmvorrichtung in einem Gehäusedeckel;
- 2 ein Beispiel der Klemmvorrichtung in einer Schnittansicht durch eine Befestigungsschraube;
- 3 ein Beispiel der Klemmvorrichtung in einer Schnittansicht durch Öffnungen eines ersten Elements der Klemmvorrichtung;
- 4a-d ein Beispiel der Klemmvorrichtung in verschiedenen Perspektivansichten;
- 5 ein Beispiel einer elektrischen Maschine mit Klemmvorrichtung;
- 6 ein Beispiel einer Klemmvorrichtung an elektrischen Anschlusselementen in einer Schnittansicht;
- 7 ein Beispiel der Klemmvorrichtung an den elektrischen Anschlusselementen in einer weiteren Schnittansicht; und
- 8 ein Beispiel der Klemmvorrichtung an den elektrischen Anschlusselementen in einer Perspektivansicht.
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1 zeigt ein Beispiel einer Klemmvorrichtung 10 in einem Gehäusedeckel 11 eines Statorgehäuses einer elektrischen Maschine. Die dargestellte Klemmvorrichtung 10 ist zwischen einem elektrischen Anschlusselement 12 (z.B. Kontaktanschluss) des Stators und dem Gehäusedeckel 11 verklemmt, sodass das elektrische Anschlusselement 12 gegenüber dem Gehäusedeckel 11 mechanisch fixiert ist.
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Die Klemmvorrichtung 10 umfasst ein erstes Element 13 mit einem Klemmbereich 13a und einem Außenbereich 13b. Das elektrische Anschlusselement 12 ist durch eine Öffnung des ersten Elements 13 durchgeführt und somit aus dem Gehäuse durch Gehäusedeckel 11 herausgeführt. Das erste Element ist beispielsweise mit dem Gehäusedeckel 11 verbunden. Das elektrische Anschlusselement 12 ist z.B. entlang einer Rotationsachse eines Rotors einer elektrischen Maschine mit dem Stator ausgerichtet. Der Klemmbereich 13a ist zwischen dem elektrischen Anschlusselement 12 und dem Gehäusedeckel 11 angeordnet, z.B. in einer Ebene des Gehäusedeckels 11.
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Die Klemmvorrichtung 10 umfasst ferner ein zweites Element 14. Wie in 1 zu erkennen ist, ist ein Kontaktbereich des zweiten Elementes 14, welcher den Klemmbereich 13a kontaktiert (zum Beispiel umfassend eine am Klemmbereich 13a anliegende Kontaktfläche), keilförmig und insbesondere in axialer Richtung zum ersten Element 13 hin verjüngt ausgebildet. Das zweite Element 14 ist in einem Aufnahmebereich des ersten Elementes 13 angeordnet, der sich zwischen Klemmbereich 13a und Außenbereich 13b befindet. Beispielsweise ist das zweite Element 14 am ersten Element 13 angeschraubt und dadurch zwischen dem Klemmbereich 13a und dem Außenbereich 13b verkeilt. Die Keilwirkung des zweiten Elements 14 bewirkt eine radiale Deformation des Klemmbereichs 13a (z.B. in senkrechter Richtung zur Achse des elektrischen Anschlusselements) in Richtung des elektrischen Anschlusselements 12. Dabei bewirkt der Druck des Klemmbereichs 13a auf eine Außenseite des elektrischen Anschlusselements 12 einen Kraftschluss zwischen Klemmvorrichtung 10 und elektrischem Anschlusselement 12, wodurch die Fixierung des elektrischen Anschlusselements 12 gegenüber der Klemmvorrichtung 10 und somit dem Gehäusedeckel 11 erreicht wird. Somit kann eine Bewegung des elektrischen Anschlusselements 12 insbesondere gegenüber einer Verschaltung 15, an welcher das elektrische Anschlusselement 12 angebracht ist, reduziert oder vermieden werden.
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Das gezeigte elektrische Anschlusselement 12 ist als sechskantiger Strombolzen ausgebildet. Ein Anschlussbereich eines inneren Bereichs 12a des elektrischen Anschlusselements ist mit der Verschaltung 15 des Stators elektrisch kontaktiert, beispielsweise an dieser angeschweißt. Die Verschaltung 15 ist von einem Verschaltungsgehäuse 15a umgeben (z.B. Spritzgehäuse), wobei der innere Bereich 12a des elektrischen Anschlusselements 12 ebenso im Verschaltungsgehäuse 15a angeordnet ist. Das Verschaltungsgehäuse 15a ist beispielsweise fest mit einem Gehäuse 11a des Stators verbunden, an dem der Gehäusedeckel 11 montiert ist und damit gegenüber dem Gehäusedeckel 11 fixiert.
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Durch die mechanische Fixierung des elektrischen Anschlusselements 12, die mittels Klemmung der Klemmvorrichtung 10 zwischen elektrischem Anschlusselement 12 und Gehäusedeckel 11 bereitgestellt ist, kann beispielsweise eine Bewegung des elektrischen Anschlusselements 12 gegenüber der Verschaltung 15 und dem Verschaltungsgehäuse 15a reduziert sein. Dadurch kann etwa das Risiko einer Beschädigung eines Kontakts zwischen elektrischem Anschlusselement 12 und Verschaltung 15 reduziert sein.
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In dem gezeigten Beispiel ist der Klemmbereich 13a durch Klemmlaschen 13a ausgebildet, die den Außenflächen des Sechskant-Bolzens gegenüberliegend angeordnet sind. Das erste Element 13 weist pro Öffnung hexagonal um die Öffnung herum angeordnete Klemmlaschen 13a auf. Dadurch kann ein Formschluss zwischen dem ersten Element 13 und dem elektrischen Anschlusselement 12 bereitgestellt werden, der eine Verdrehsicherung des elektrischen Anschlusselements 12 bewirkt. Im elektrischen Anschlusselement 12 ist außenseitig eine Bohrung 12b mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Schraube ausgebildet. Beispielsweise kann ein elektrisches Kabei an das elektrische Anschlusselement 12 angeschraubt werden. Durch die Verdrehsicherung des elektrischen Anschlusselements 12 kann eine Drehmomentübertragung über das elektrische Anschlusselement 12 auf die Verschaltung 15 oder das Verschaltungsgehäuse 15a (z.B. beim Anschrauben des elektrischen Kabels) reduziert oder vermieden werden.
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Bei einer Montage des Stators kann zunächst das erste Element 13 von einer Innenseite des Gehäusedeckels 11 in einer Öffnung des Gehäusedeckels 11 angeordnet werden und gemeinsam mit dem Gehäusedeckel über das an der Verschaltung 15 montierte elektrische Anschlusselement 12 aufgeschoben werden. Dabei kann der Klemmbereich 13a gegenüber dem elektrischen Anschlusselement 12 innerhalb eines vorgesehenen axialen Bereichs angeordnet werden, der einen Spielraum zum Ausgleich eines axialen Toleranzabstandes zwischen der Verschaltung 15 und dem Gehäusedeckel 11 bereitstellt. Somit kann mittels der Klemmvorrichtung 10 auch bei Auftreten von Abstandstoleranzen ein Fixieren des elektrischen Anschlusselements 12 gegenüber dem Gehäusedeckel 11 sichergestellt werden.
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Ferner ist im gezeigten Beispiel umfangsseitig um das erste Element 13 ein elastisches Element 16 angeordnet, worüber das erste Element 13 mit dem Gehäusedeckel 11 verbunden ist. Durch die Elastizität des elastischen Elementes 16 (z.B. ein Gummiring) kann eine Toleranz einer Position des elektrischen Anschlusselements 12 gegenüber dem Gehäusedeckel 11 in einer radialen Richtung (zum Beispiel senkrecht zu einer Achse des elektrischen Anschlusselements 12) kompensiert werden. Durch Verformung des elastischen Elements 16 kann sich das erste Element 13 innerhalb der Öffnung des Gehäusedeckels 11 in einem vorbestimmten Bereich in radialer Richtung bewegen. Ferner kann das elastische Element 16 z.B. eine Dämpfung von Vibrationen, die auf das elektrische Anschlusselement 12 wirken, ermöglichen.
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2 zeigt ein Beispiel der Klemmvorrichtung 10 in einer Schnittansicht durch ein Befestigungsmittel 17 der Klemmvorrichtung 10. Das Befestigungsmittel 17 verbindet das erste Element 13 und das zweite Element 14. Im dargestellten Beispiel ist das Befestigungsmittel 17 eine Schraube, die durch das zweite Element 14 und das erste Element 13 hindurch an einer am ersten Element 13 verdrehfest angeordneten Kontermutter 17a festgeschraubt ist.
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Zwischen erstem Element 13 und zweitem Element 14 ist ein Abstand 18 zu erkennen. Bei stärkerem Anschrauben der Schraube 17 wird dieser Abstand 18 verringert und das zweite Element 14 stärker zwischen der Außenwandung 13b und dem Klemmbereich 13a verkeilt, sodass die Klemmlaschen stärker in Richtung der Öffnung für das elektrische Anschlusselement 12 gedrückt werden. Bei in den Öffnungen angeordneten elektrischen Anschlusselementen 12 kann somit mittels der Einschraubstärke die Klemmkraft am elektrischen Anschlusselement 12 eingestellt werden. Beispielsweise weist die Klemmvorrichtung 10 als Befestigungsmittel 17 zwei Schrauben auf, die jeweils zwischen einer äußeren und einer mittleren von drei Öffnungen des ersten Elements 13 angeordnet sind. Dadurch kann vorteilhafterweise z.B. eine gleichmäßigere Deformation aller Klemmlaschen 13a beim Anschrauben des zweiten Elements 14 am ersten Element 13 bewirkt werden.
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3 zeigt ein Beispiel der Klemmvorrichtung 10 in einem Längsschnitt. Dabei ist insbesondere die keilförmige Ausbildung eines Kontaktbereichs 14a des zweiten Elements 14 zwischen zwei Klemmlaschen 13a zu erkennen. Bei einem stärkeren Eindrücken des Kontaktbereichs 14a zwischen die beiden Klemmlaschen ergibt sich eine stärkere Keilwirkung, die zu einer stärkeren Deformation der Klemmlaschen in Richtung der Öffnungen führt und damit eine höhere Klemmkraft an elektrischen Anschlusselementen 12 bewirken kann.
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4a-d zeigen ein Beispiel der Klemmvorrichtung 10 in verschiedenen Perspektivansichten. 4a zeigt die Klemmvorrichtung 10 in einer Perspektivansicht von schräg unten. Dabei sind die Kontermuttern 17a zu erkennen, die formschlüssig im ersten Element 13 angeordnet sind. Alternativ kann ein Gewinde für die Schrauben direkt im ersten Element ausgebildet werden (z.B. eingeschnittenes Gewinde im ersten Element 13) Durch drei Öffnungen 19 des ersten Elements 13 können drei elektrische Anschlusselemente 12 durchgeführt werden. Ferner sind radiale Ausformungen 20 an der Unterseite des ersten Elements 13 gezeigt, die eine axiale Positionierung des ersten Elements 13 gegenüber dem Gehäusedeckel 11 bewirken können.
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4b zeigt die Klemmvorrichtung 10 in einer Perspektivansicht von schräg oben. Insbesondere ist zu erkennen, dass um die mittlere Öffnung 19 sechs hexagonal angeordnete Klemmlaschen 13a bereitgestellt sind. Dagegen können den äußeren Öffnungen 19 z.B. nur vier Klemmlaschen zugeordnet sein, durch die ein Klemmen des jeweiligen elektrischen Anschlusselements 12 gegen den Außenbereich 13b des ersten Elements bewirkt werden kann. Somit kann z.B. mit einer geringeren Anzahl an Klemmlaschen eine genügend hohe Klemmwirkung erzielt werden. 4c und 4d zeigen weitere Ansichten der Klemmvorrichtung 10 mit Klemmlaschen 13a und Befestigungsmittel 17.
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Weitere Details und Aspekte sind in Verbindung mit weiter oben oder weiter unten ausgeführten Beispielen beschrieben. Die in 2-4d gezeigten Beispiele können eines oder mehrere optionale, zusätzliche Merkmale aufweisen, die zu einem oder mehreren Aspekten korrespondieren, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder ein oder mehreren Beispielen weiter oben oder weiter unten beschrieben sind (zum Beispiel in Verbindung mit 1 oder 5-8).
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5 zeigt ein Beispiel eines Stators einer elektrischen Maschine 21 mit Klemmvorrichtung 10. Der Stator weist drei Phasen auf, die je über eines von drei elektrischen Anschlusselementen 12 kontaktiert werden können. Das erste Element 13 der Klemmvorrichtung 10 ist im Gehäusedeckel 11 des Stators befestigt. Das zweite Element 14 ist mittels der Befestigungsmittel 17 an das erste Element 13 angeschraubt, sodass der Klemmbereich 13a der Klemmvorrichtung 10 gegen die elektrischen Anschlusselemente 12 gedrückt wird und diese fixiert sind.
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Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 21 mit dem Stator, dessen Kontaktanschlüsse gegenüber dem Gehäuse, insbesondere Gehäusedeckel 11 fixiert sind, kann ein Schwingen der Kontaktanschlüsse im Gegensatz zu anderen Konzepten mit z.B. frei durch das Gehäuse geführten Kontakten vermieden werden. Somit wird z.B. eine höhere Stabilität des Stators, insbesondere der Anschlusskontakte des Stators, erreicht.
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Weitere Details und Aspekte sind in Verbindung mit weiter oben oder weiter unten ausgeführten Beispielen beschrieben. Die in 5 gezeigten Beispiele können eines oder mehrere optionale, zusätzliche Merkmale aufweisen, die zu einem oder mehreren Aspekten korrespondieren, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder ein oder mehreren Beispielen weiter oben oder weiter unten beschrieben sind (zum Beispiel in Verbindung mit 1-4d oder 6-8).
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6 zeigt ein Beispiel einer Klemmvorrichtung 30 an elektrischen Anschlusselementen 32 in einer Schnittansicht. Die elektrischen Anschlusselemente 32 sind mit einer Verschaltung 15 elektrisch kontaktiert (z.B. angeschweißt) und zum Teil von einem Gehäuse 15a der Verschaltung umgeben. Die elektrischen Anschlusselemente 32 weisen Aufnahmen 32b für Schrauben zum Anschrauben von Anschlusskabeln auf. 6 zeigt ferner Wicklungsanschlüsse 15b der Verschaltung 15 zum Kontaktieren einer Statorwicklung.
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In einem äußeren Bereich der elektrischen Anschlusselemente 32 ist eine Nut bereitgestellt, an der ein zweites Element 34 der Klemmvorrichtung 30 befestigt, z.B. angespritzt ist. Zum Beispiel sind elektrisches Anschlusselement 32 und zweites Element 34 (verdreh-)fest miteinander verbunden. Das zweite Element 34 kann angespritzt werden, nachdem das elektrische Anschlusselement 32 mit der Verschaltung 15 verbunden wurde. Das zweite Element 34 weist einen umfangsseitig angeordneten, keilförmigen Kontaktbereich zum Kontaktieren eines Klemmbereichs 33a eines ersten Elements 33 der Klemmvorrichtung auf. Der Klemmbereich 33a ist im gezeigten Beispiel als keilförmiger Außenbereich ausgebildet. Beispielsweise ist das zweite Element 34 einteilig an drei elektrische Anschlusselemente 32 angespritzt.
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Zur Montage der Klemmvorrichtung 30 wird das erste Element 33 z.B. auf das zweite Element 34 angeschraubt. Dabei keilt sich das zweite Element 34 in einen Aufnahmebereich (z.B. innerer Bereich) des ersten Elements 33 ein, sodass beim Anschrauben der keilförmige Kontaktbereich des zweiten Elements 34 den Klemmbereich 33a (z.B. keilförmiger Außenbereich) nach außen drückt und somit eine radiale Aufweitung des ersten Elements 33 bewirkt wird. Wenn das erste Element 33 dabei in einer Öffnung eines Gehäuses (z.B. Gehäusedeckels) positioniert ist (nicht dargestellt), wird durch die Deformation des Außenbereichs 33a des ersten Elements 33 die Klemmvorrichtung 30 in der Öffnung festgeklemmt. Dadurch wird die Fixierung des elektrischen Anschlusselements 32 gegenüber dem Gehäuse ermöglicht.
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Die Klemmvorrichtung 30, insbesondere das erste Element 33, weist Einrastelemente 31 auf, um eine Positionierung des ersten Elements 33 am Gehäuse zu vereinfachen. Beispielsweise wird zunächst ein Gehäusedeckel 11 (zur besseren Darstellbarkeit in 6 nicht gezeigt) auf die elektrischen Anschlusselemente 32 mit den angespritzten zweiten Elementen 34 aufgesetzt und anschließend das erste Element 33 in einer Öffnung des Gehäusedeckels eingerastet. Durch die bewirkte Vorpositionierung kann ein Anschrauben des ersten Elements 33 an das zweite Element 34 vereinfacht werden.
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7 zeigt ein Beispiel der Klemmvorrichtung 30 an den elektrischen Anschlusselementen 32 in einer weiteren Schnittansicht. Insbesondere sind Befestigungsmittel 37 zum Verbinden des ersten und zweiten Elements 33, 34 dargestellt (z.B. Schrauben). Dabei kann das zweite Element 34 ein Gewinde zum Einschrauben der Schraube aufweisen oder eine Aufnahme für eine Kontermutter zum Anschrauben aufweisen.
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8 zeigt ein Beispiel der Klemmvorrichtung 30 an den elektrischen Anschlusselementen 32 in Perspektivansicht. Die montierte Klemmvorrichtung 30 ist an der Verschaltung 15 ohne Gehäuse dargestellt. Bei einer Montage in einer Gehäuseöffnung kann der umfangsseitige Außenrand der Klemmvorrichtung 30 in der Gehäuseöffnung festgeklemmt werden, um eine Fixierung der elektrischen Anschlusselemente 32 gegenüber dem Gehäuse zu erreichen.
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Weitere Details und Aspekte sind in Verbindung mit weiter oben oder weiter unten ausgeführten Beispielen beschrieben. Die in 6-8 gezeigten Beispiele können eines oder mehrere optionale, zusätzliche Merkmale aufweisen, die zu einem oder mehreren Aspekten korrespondieren, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder ein oder mehreren Beispielen weiter oben oder weiter unten beschrieben sind (zum Beispiel in Verbindung mit 1-5).
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Ein Beispiel der Erfindung betrifft ein Klemmteil an einem Leistungsanschluss einer elektrischen Maschine. Beispielsweise ist ein Leistungsanschluss (z.B. elektrisches Anschlusselement wie Sechskant-Bolzen) an der Verschaltung befestigt und ragt durch das Lagerschild (z.B. Gehäusedeckel). Außerhalb des Lagerschildes können an solche Bolzen elektrische Kabel mit Kabelschuhen verschraubt werden. Die Kräfte/Momente während Montage und Betrieb können z.B. nicht durch die Verschaltung aufgenommen werden (z.B. könnte dabei eine Beschädigung der Verschaltung auftreten). Aufgrund von Toleranzen von Verschaltung zum Lagerschild kann jedoch gemäß bekannten Konzepten keine direkte Befestigung erfolgen. Ferner kann eine axiale Fixierung der elektrischen Anschlusselemente (z.B. Strombolzen) notwendig sein, um z.B. Schwingungen der elektrischen Anschlusselemente zu vermeiden.
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Daher werden z.B. Klemmteile vorgeschlagen, die ein Verklemmen der elektrischen Anschlusselemente am Gehäuse (z.B. Lagerschild) ermöglichen. Um Lagetoleranzen zum Lagerschild auszugleichen (z.B. in radialer Richtung), werden die Klemmteile beispielsweise außen mit einer/zwei Gummilippen (z.B. O-Ring oder Gummiring) umspritzt. Durch die Gestaltung der Gummilippen kann beispielsweise eine Abdichtung oder ein Druckausgleich erfolgen.
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Axiale Toleranzen (z.B. zwischen Verschaltungsanordnung und Gehäusedeckel) können durch Verschieben der Klemmvorrichtung auf den Strombolzen ausgeglichen werden. Im unverspannten (z.B. nicht montierten oder nicht geklemmten) Zustand sind die Strombolzen z.B. freigängig im Klemmteil (z.B. in der Öffnung des ersten Elements). Mittels Schrauben werden die beiden Klemmteile (z.B. erstes und zweites Element) gegeneinander verspannt und auf den Strombolzen verklemmt. Hierzu sind z.B. die Klemmlaschen als nachgiebige (z.B. elastisch oder plastisch verformbare) Elemente ausgeführt und durch eine Schräge zwischen Innen- und Außenteil (z.B. zwischen erstem und zweitem Element) wird eine Klemmkraft und/oder ein Kontaktdruck auf die Berührungsfläche der Strombolzen erzeugt. Die Klemmkraft/der Kontaktdruck resultiert z.B. in einer definierten Haltekraft, welche z.B. die axiale Sicherung der Strombolzen bewirkt. Diese axiale Sicherung kann in Hinsicht auf die Schwingneigung des Systems z.B. aufgrund der hohen Masse der Strombolzen, insbesondere an dieser Stelle, vorteilhaft sein und durch das Klemmteil gewährleistet werden. Die Toleranzen in die anderen Richtungen (z.B. senkrecht zur axialen Richtung) können durch Verformung des Gummis (z.B. des elastischen Elements) ausgeglichen werden.
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Das Anzugsmoment der Leistungsanschluss-Verschraubung wird z.B. durch die kantige Ausführung (z.B. sechskantig) des elektrischen Anschlusselements an der Außengeometrie zum Lagerschild abgestützt. Die Strombolzen/Stromschienen werden axial und radial fixiert/positioniert und Schwingungen können gedämpft werden. Dazu wird das Außenteil des Klemmteils z.B. mittels einer Schnappverbindung in das Gehäuse eingerastet. Die Schnappverbindung gewährleistet z.B. eine formschlüssige Verbindung des Klemmteils mit dem Gehäuse.
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Es ist z.B. möglich, eine Durchführung von (z.B. Temperatursensor-)Kabeln in die Klemmvorrichtung zu integrieren. Beispielsweise kann eine Anspritzung eines Innenteils der Klemmvorrichtung direkt an die elektrischen Anschlusselemente (z.B. Strombolzen) erfolgen, z.B. um eine formschlüssige Verbindung zu gewährleisten. Beispielsweise kann eine Klemmung des Innenteils in einem Außenteil der Klemmvorrichtung erfolgen, welches beispielsweise gleich zum einem Konzept einer Einrastung der Klemmvorrichtung im Gehäuse verrastet ist.
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Durch die vorgeschlagene Klemmvorrichtung kann mittels Kraftschluss und/oder Formschluss eine mechanische Fixierung des elektrischen Anschlusselementes am Gehäuse in axialer und/oder radialer Richtung und/oder in Drehrichtung ermöglicht werden. Dadurch können z.B. Schwingungen des elektrischen Anschlusselementes reduziert werden. Ferner kann eine Verdrehsicherung des elektrischen Anschlusselementes im Gehäuse bei einem Anschrauben eines Kabelschuhs eines Stromkabels an das elektrische Anschlusselement ein Risiko einer Beschädigung an der Verschaltungsanordnung beim Anschrauben verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 30
- Klemmvorrichtung
- 11
- Gehäusedeckel
- 11a
- Gehäuse
- 12, 32
- elektrisches Anschlusselement
- 12a
- innerer Bereich des elektrischen Anschlusselements
- 12b, 32b
- Bohrung des elektrischen Anschlusselements
- 13 ,33
- erstes Element
- 13a
- Klemmbereich/Klemmlasche
- 13b
- Außenbereich
- 14, 34
- zweites Element
- 14a
- Kontaktbereich
- 15
- Verschaltung
- 15a
- Verschaltungsgehäuse
- 15b
- Wicklungsanschluss
- 16
- elastisches Element
- 17, 37
- Befestigungsmittel
- 17a
- Kontermutter
- 18
- Abstand
- 19
- Öffnung des ersten Elements
- 20
- radiale Ausformung
- 21
- elektrische Maschine
- 31
- Einrastelement
- 33a
- Klemmbereich/keilförmiger Außenbereich
