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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Anschlusseinheit zur Befestigung eines elektrischen Kupplungselements an einem Verschaltungsring einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft ferner einen Stator sowie eine elektrische Maschine.
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Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
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Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
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Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben.
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Bei einer derartigen elektrischen Maschine, wie sie in vollelektrischen oder hybriden Antriebssträngen eines Kraftfahrzeugs Verwendung findet, kann die Verschaltung der einzelnen, um den Umfang verteilten Wicklungen beispielsweise über einen Verschaltungsring oder mehrere Verschaltungsringe erfolgen. Hierbei können üblicherweise aus Kupfer bestehende Stromschienen an oder in einem gemeinsamen oder separaten Trägerringen aus Kunststoff angeordnet sein. Gelegentlich wurden diese Art von Verschaltungsringen auch als Schaltringe oder Kontaktbrücken bezeichnet. Derartige Verschaltungsringe werden in der Regel axial auf das Wicklungspaket aufgesetzt.
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DE102008007409A1 beschreibt beispielsweise einen dreiteiligen Schaltring für einen Stator, wobei drei Stromschienen sowie ein Sternpunktring in einer Ebene flächig nebeneinander liegend in einem Trägerring aus einem temperaturbeständigen Kunststoff angeordnet sind. Die Kontaktstellen der Stromschienen sowie des Sternpunktrings ragen aus dem Trägerring heraus und sind mit den Drahtenden der Teilwicklungen des Stators verbunden.
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Häufig werden zur besseren Leistungssteuerung Temperatorsensoren in die elektrische Maschine integriert. Hierbei muss der Temperatursensor über ein elektrisches Kupplungselement wie beispielsweise einen Stecker an eine Motor- oder Fahrzeugsteuerung angeschlossen werden. Ein derartiger Stecker kann jedoch in einer elektrischen Maschine während des Transports von Lieferant zu Kunde weder sicher gelagert noch definiert gehalten werden, folglich hängt dieser Stecker während des Transports oder Montage frei beweglich außerhalb der elektrischen Maschine. Dies birgt die Gefahr der Beschädigung der elektrischen Leitungen, die mit dem Stecker verbunden sind, des Steckers selbst oder umliegender Bauteile.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit der Befestigung eines elektrischen Kupplungselements in oder an einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Stator als auch eine verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mechanische Anschlusseinheit zur Befestigung eines elektrischen Kupplungselements an einem Verschaltungsring einer elektrischen Maschine, wobei die Anschlusseinheit ein Fixierungsmittel umfasst, welches form- und/oder kraftschlüssig an dem Verschaltungsring positionierbar ist, und ein drehbar an dem Fixierungsmittel angeordnetes Aufnahmemittel zur lösbaren Fixierung des elektrischen Kupplungselements aufweist, so dass das Aufnahmemittel aus einer ersten Position in eine zweite Position zur Entnahme des elektrischen Kupplungselements drehbar ist.
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Diese erfindungsgemäße mechanische Anschlusseinheit ermöglicht es ein elektrisches Kupplungselement an einem Verschaltungsring zu sichern und diesen dann, wenn die elektrische Maschine verbaut wurde, einfach und problemlos ohne weitere Hilfsmittel und ergonomisch günstig von der verbauten Position zu demontieren und beispielsweise an eine Motor- oder Fahrzeugsteuerung anzuschließen. Ferner kann das elektrische Kupplungselement während des Transports in einer Transportposition gesichert werden, um mögliche Beschädigungen während des Transports entgegenzuwirken.
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Ein elektrisches Kupplungselement hat die Funktion einen elektrisch leitenden Kontakt mit einem korrespondierenden zweiten elektrischen Kupplungselement herzustellen. Das elektrische Kupplungselement kann so konfiguriert sein, dass der elektrisch leitende Kontakt lösbar oder unlösbar ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist ein elektrisches Kupplungselement ausgewählt aus der Gruppe der Stecker, Buchsen und/oder Kupplungen. Das elektrische Kupplungselement kann nach innen oder nach außen weisende Kontaktstifte umfassen.
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Die mechanische Anschlusseinheit umfasst ein Fixierungsmittel und ein drehbar an dem Fixierungsmittel angeordnetes Aufnahmemittel. Die Drehbarkeit der beiden Bauteile relativ zueinander kann beispielsweise durch eine entsprechende Drehlagerung ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung weist das Fixierungsmittel oder das Aufnahmemittel eine zylinderförmige Welle auf, die in einer korrespondierenden Wellenöffnung des korrespondierenden Bauteils drehbar gelagert ist. Die Lagerung ist bevorzugt zu ausgebildet, dass das Aufnahmemittel verliersicher an dem Fixierungsmittel angeordnet ist. Hierzu kann die Welle beispielsweise Schnapp-Rast-Mittel aufweisen, welche nach der Durchführung der Welle durch die korrespondierende Wellenöffnung einen Formschluss in axialer Richtung bezogen auf die Welle ausbildet. Sowohl das Fixierungsmittel als auch das Aufnahmemittel sind bevorzugt aus einem Kunststoff gefertigt.
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Durch die Drehbarkeit des Aufnahmemittels gegenüber dem Fixierungsmittel kann das Aufnahmemittel zwischen zwei Positionen hin und her bewegt werden. So ist es insbesondere bevorzugt, dass das Aufnahmemittel in eine erste Parkposition bewegbar ist, die beispielsweise während des Transports der elektrischen Maschine eingenommen werden kann, so dass das Aufnahmemittel bzw. das elektrische Kupplungselement vor möglichen mechanischen Einflüssen während des Transports geschützt und verliersicher angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass das Aufnahmemittel in der ersten Position gegenüber dem Fixierungsmittel lösbar eingerastet ist. Hierzu können entsprechende lösbare Formschlussmittel an dem Aufnahmemittel und dem Fixierungsmittel ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Aufnahmemittel gegenüber dem Fixierungsmittel um einen Winkelbereich zwischen 0°-180°, bevorzugt 0°-120°, ganz besonders bevorzugt 0°-90° drehbar ist, so dass eine ergonomisch günstige und montagefreundliche Ausgestaltung der mechanischen Anschlusseinheit bereitgestellt werden kann. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die zweite Position zur Entnahme des elektrischen Kupplungselements in radialer Richtung zu dem Verschaltungsring verläuft, wodurch eine besonders ergonomisch günstige Entnahme des elektrischen Kupplungselements ermöglicht wird. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das elektrische Kupplungselement wenigstens einen elektrischen Leiter aufweist, der das Kupplungselement mit einem elektrischen Bauteil der elektrischen Maschine verbindet. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das elektrische Bauteil ein Temperatursensor ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar andere elektrische Bauteile, insbesondere andere Sensoren mit dem elektrischen Kupplungselement elektrisch leitend zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das elektrische Kupplungselement erste Formschlussmittel und das Aufnahmemittel zweite Formschlussmittel aufweist, wobei die ersten Formschlussmittel und die zweiten Formschlussmittel so konfiguriert sind, dass das elektrische Kupplungselement translatorisch in das Aufnahmemittel eingesteckt und translatorisch aus diesem entnehmbar ist. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, eine montagefreundliche und ergonomisch günstige mechanische Anschlusseinheit bereitzustellen.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Aufnahmemittel einen Griffabschnitt aufweist, der im eingesetzten Zustand des elektrischen Kupplungselements in dem Aufnahmemittel eine zweiseitige Grifffläche für einen Benutzer bereitstellt. Auch hierdurch kann die Montagefreundlichkeit weiter verbessert werden.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Fixierungsmittel federelastisch verschwenkbare Rasthaken aufweisen, welche eine Schnapp-Rast-Verbindung mit dem Verschaltungsring ausbilden, so dass das Fixierungsmittel auf montagefreundliche Weise auf den Verschaltungsring aufgeklipst werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch einen Stator für eine elektrische Maschine mit einem Verschaltungsring, wobei eine Anschlusseinheit zur Befestigung eines elektrischen Kupplungselements an dem Verschaltungsring der elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1-8 vorhanden ist.
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Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung auch gelöst durch eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Stator nach Anspruch 9 ausgebildet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine mechanische Anschlusseinheit in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 eine mechanische Anschlusseinheit mit einem in seiner zweiten Position befindlichen Aufnahmemittel in einer perspektivischen Darstellung,
- 3 eine mechanische Anschlusseinheit mit einem Temperatursensor,
- 4 eine mechanische Anschlusseinheit in einer Explosionsdarstellung,
- 5 eine elektrische Maschine mit einem Verschaltungsring in einer schematischen Darstellung, und
- 6 ein Kraftfahrzeug mit einem vollelektrischen und hybridisierten Antriebsstrang in einer Blockschaltansicht.
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Die 1 zeigt eine mechanische Anschlusseinheit 1 zur Befestigung eines elektrischen Kupplungselements 2 an einem Verschaltungsring 3 einer elektrischen Maschine 4, wie sie beispielsweise in vollelektrischen oder hybridisierten Antriebssträngen 17 von Kraftfahrzeugen 18 - wie exemplarisch in der 6 gezeigt - zur Anwendung kommen.
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Die mechanische Anschlusseinheit 1 umfasst ein klammerartiges Fixierungsmittel 5, welches form- und/oder kraftschlüssig an dem Verschaltungsring 3 positionierbar ist. Es weist ferner ein drehbar an dem Fixierungsmittel 5 angeordnetes Aufnahmemittel 6 zur lösbaren Fixierung des elektrischen Kupplungselements 2 auf, so dass das Aufnahmemittel 6 aus einer ersten Position 7 in eine zweite Position 8 zur Entnahme des elektrischen Kupplungselements 2 drehbar ist, was durch den Pfeil in der 1 angedeutet ist.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmemittel 6 gegenüber dem Fixierungsmittel 5 um einen Winkelbereich zwischen der ersten Position 7 und der zweiten Position 8 von 0°- 90° drehbar. Die zweite Position 8 zur Entnahme des elektrischen Kupplungselements 2 verläuft in radialer Richtung zu dem Verschaltungsring 3, was in der 2 gezeigt ist.
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Man erkennt insbesondere anhand der 1-2 auch gut, dass das Aufnahmemittel 6 einen Griffabschnitt 13 aufweist, der im eingesetzten Zustand des elektrischen Kupplungselements 2 in dem Aufnahmemittel 6 eine zweiseitige Grifffläche 13 für einen Benutzer bereitstellt. So kann das Aufnahmemittel 6 auf ergonomisch günstige Weise gegriffen und gedreht werden. Die Grifffläche 13 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel plattenartig ausgeformt und erstreckt sich in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung in Bezug auf den Stator. Die Grifffläche 13 bietet eine größere Fläche, um die mechanische Anschlusseinheit 1 mit einer Hand zu greifen und von der elektrischen Maschine 4 zu entfernen oder das Aufnahmemittel 6 zu drehen.
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Das als Stecker ausgebildete elektrische Kupplungselement 2 besitzt einen elektrischen Leiter 9, der das Kupplungselement 2 mit einem elektrischen Bauteil der elektrischen Maschine 4 verbindet. Wie in der 3 dargestellt, ist das elektrische Bauteil ein Temperatursensor 10. Der Temperatursensor 10 kann beispielsweise als NTC- oder PTC-Widerstandselement ausgebildet sein.
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Was der 3 auch entnommen werden kann ist, dass das klammerartige Fixierungsmittel 5 federelastisch verschwenkbare Rasthaken 14 aufweisen, welche eine Schnapp-Rast-Verbindung mit dem Verschaltungsring 3 ausbilden. So kann das Fixierungsmittel 5 auf montagefreundliche Art verliersicher auf den Verschaltungsring 4 aufgeklipst werden. Das Fixierungsmittel 5 kann weitere Formschlussmittel aufweisen, die eine vollständige, spielbehaftete oder spielfreie Fixierung des Fixiermittels 5 in alle Raumrichtungen gegenüber dem Verschaltungsring 4 bewirken.
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Die 4 zeigt, dass das elektrische Kupplungselement 2 erste Formschlussmittel 11 und das Aufnahmemittel 6 zweite Formschlussmittel 12 aufweist, wobei die ersten Formschlussmittel 11 und die zweiten Formschlussmittel 12 so konfiguriert sind, dass das elektrische Kupplungselement 2 translatorisch in das Aufnahmemittel 6 eingesteckt und translatorisch aus diesem entnehmbar ist.
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Das in der 4 gezeigte als Stecker ausgebildete elektrische Kupplungselement 2 weist seitlich zwei Führungsrillen als erste Formschlussmittel 11 auf. Diese werden für einen Formschluss des elektrischen Kupplungselements 2 mit dem Aufnahmemittel 6 verwendet. Dieses weist zwei gegenüberliegende L-förmige zweite Formschlussmittel 12 auf, in die die Führungsrillen des elektrischen Kupplungselements 2 translatorisch eingeschoben werden können. Zusätzlich kann hier eine lösbare Verrastung des elektrischen Kupplungselements 2 in dem Aufnahmemittel 6 zur Sicherung des elektrischen Kupplungselements 2 in einer vordefinierten Transportposition vorgesehen sein.
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Wie aus den 1-4 ersichtlich wird kann die Montage bzw. Demontage des elektrischen Kupplungselements 2 aus verschiedenen Richtungen erfolgen. Zum einen ist es möglich, dass das elektrische Kupplungselement 2 radial nach außen von dem Aufnahmemittel 6 entfernbar ist, so wie es insbesondere der 2 entnommen werden kann. Nach der Entnahme kann die mechanische Anschlusseinheit 1 an dem Verschaltungsring 3 verbleiben oder von diesem entfernt werden. Zum anderen ist es jedoch auch möglich, dass das elektrische Kupplungselement 2 in tangentialer Richtung nach außen von dem Aufnahmemittel 6 entfernbar ist, wie es beispielsweise in der 1 gezeigt ist.
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Die Anschlusseinheit 1 der 1-4 ist insbesondere zur Befestigung eines elektrischen Kupplungselements 2 an dem Verschaltungsring 3 einer elektrischen Maschine 4 vorgesehen, wie sie in der 5 beispielhaft abgebildet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mechanische Anschlusseinheit
- 2
- Kupplungselement
- 3
- Verschaltungsring
- 4
- elektrische Maschine
- 5
- Fixierungsmittel
- 6
- Aufnahmemittel
- 7
- erste Position
- 8
- zweite Position
- 9
- elektrischer Leiter
- 10
- Temperatursensor
- 11
- erstes Formschlussmittel
- 12
- zweites Formschlussmittel
- 13
- Griffabschnitt
- 14
- Rasthaken
- 15
- Stator
- 16
- Rotor
- 17
- Antriebsstrang
- 18
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008007409 A1 [0006]
