DE102020202680A1

DE102020202680A1 - Elektrische Maschine, ein Bremsaggregat beinhaltend eine elektrische Maschine und Verfahren zum Herstellen eines solchen Bremsaggregats

Info

Publication number: DE102020202680A1
Application number: DE102020202680.7A
Authority: DE
Inventors: Rami Deichelbohrer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-09-09
Also published as: CN113346666A

Abstract

Elektrische Maschine (100), Bremsaggregat (102), sowie Verfahren zum Herstellen eines Bremsaggregats (102), mit einem mit Statorspulen (15) bewickelten Statorgrundkörper (11), der in einem topfförmigen Statorgehäuse (13) befestigt ist, und mit einer Verschalteplatte (26) aus Kunststoff, die eine elektrische Verbindung zwischen den Statorspulen (15) und einer Elektronikeinheit (40) bildet, wobei in die Verschalteplatte (26) einstückig ein Lagersitz (32) für ein Wälzlager (33) eines Rotors (14) integriert ist, der radial innerhalb des Statorgrundkörpers (11) angeordnet ist, wobei die Verschalteplatte (26) zur exakten Positionierung des Lagersitzes (32) zumindest weitestgehend vollständig axial in das Statorgehäuse (13) eingefügt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, ein Bremsaggregat beinhaltend eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bremsaggregats nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Mit der DE 10 2010 001 689 A1 ist ein Elektromotor für eine Hydraulikeinheit bekannt geworden, bei der ein Rotor mittels eines Lagerschildes innerhalb eines Stators angeordnet ist. Dabei ist an der Innenseite des Lagerschilds eine Abschottung gegenüber eindringenden Flüssigkeiten angeordnet. Der Rotor weist hier eine Kommutierungsvorrichtung auf, über die die Rotorspulen bestromt werden. Die Ausführung eines Kommutatormotors für ein Bremsaggregat hat den Nachteil, dass dieser nicht so dynamisch angesteuert werden kann und die Kohlenbürsten eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.
In der DE 10 2018 208 556A1 ist ebenfalls eine elektrische Maschine gezeigt, bei der ein Rotor innerhalb eines Stators angeordnet ist. Dabei ist ein Kugellager für den Rotor in einer Gehäusewand eines Elektronikgehäuses integriert, das sich axial an das Motorgehäuse anschließt. Die Umfangswand des Elektronikgehäuses aus Kunststoff wird dann axial mit einem Metalldeckel abgeschlossen. Eine solche Anordnung des Elektronikgehäuses axial direkt auf dem Flansch des Elektromotors eignet sich nicht für die Ausbildung eines Bremsaggregats, bei dem die Rotorwelle direkt eine Pumpe eines Hydraulikaggregats antreiben soll.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der Rotor in einem elektronisch kommutierten EC-Motor besonders günstig in der Verschalteplatte aus Kunststoff gelagert werden kann. Dazu ist unmittelbar in die Verschalteplatte ein Lagersitz für ein Wälzlager integriert, das die Rotorwelle aufnimmt. Dadurch kann auf ein zusätzliches Lagerschild aus Metall verzichtet werden. Durch das axiale Einfügen der Verschalteplatte mit dem integrierten Lagersitz in das Motorgehäuse kann das Wälzlager zuverlässig am Stator vorfixiert werden. Danach kann das Hydraulikaggregat unmittelbar axial auf das offene Motorgehäuse aufgesetzt und die Verschalteplatte axial verspannt werden. Dadurch kann der Lagersitz dauerhaft positionsgenau im Motorgehäuse fixiert bleiben, wobei durch die Integration des Lagersitzes unmittelbar in die Verschalteplatte der Statorspulen sowohl Bauraum, als auch Gewicht eingespart werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den uanbhägnigen Ansprüchen vorgegebenen Ausführung möglich. Besonders günstig ist es, wenn die Verschalteplatte radial ganz außen eine zylindrische Mantelfläche aufweist. Diese Mantelfläche kann als Führung an der Innenwand des Statorgehäuses verwendet werden, in das die Verschalteplatte bevorzugt über deren vollständige axiale Erstreckung axial eingefügt wird. Dabei kann optional an der Verschalteplatte auch eine Drehsicherung gegenüber dem Stator ausgebildet sein, so dass die Verschalteplatte in einer definierten Winkellage axial auf den Stator gefügt wird. Radial mittig ist in der Verschalteplatte der Lagersitz für ein Wälzlager ausgeformt, das die Rotorwelle aufnimmt. Besonders günstig ist der Lagersitz als zylindrische Hülse ausgebildet, deren Axialerstreckung mindestens so groß ist, wie die axiale Ausdehnung des Wälzlagers. Dadurch kann die Funktion eines Lagerschilds mit der Funktion der elektrischen Verschaltung der Statorspulen zusammen in der Verschalteplatte vereint werden. Dadurch entfallen vorteilhaft die Herstellung und die Montage eines separaten Lagerschildes.
Um beispielweise mehrere Einzelzahnspulen zur einer elektrischen Phase zu verbinden, sind in der Verschalteplatte ringförmige Stromschienen angeordnet, die sich etwa auf dem gleichen Radius befinden, wie die Statorspulen. Dabei sind die ringförmigen Stromschienen zumindest teilweise konzentrisch zueinander angeordnet und weisen jeweils einen Anschluss-Pin zur Verbindung mit der Elektronikeinheit auf. Von den ringförmigen Stromschienen erstrecken sich in Axialrichtung zu den Statorspulen hin Schneid-Klemm-Verbindungen, die in entsprechende Aufnahmetaschen eingreifen, in die der Wickeldraht zwischen den Statorspulen eingelegt ist. Dabei können die Statorspulen als separat hergestellt Einzelzahnsegmente ausgebildet sein, die jeweils einen Drahtanfang und ein Drahtende aufweisen, die jeweils in einer Aufnahmetasche eingelegt sind. Alternativ können die Statorspulen mittels eines durchgewickelten Wickeldrahts hergestellt sein, der jeweils zwischen zwei Statorspulen in eine Aufnahmetasche eingelegt ist. Die Schneid-Klemm-Elemente sind bevorzugt alle auf einem identischen Radius über den Umfang verteilt angeordnet und kontaktieren jeweils die Wickeldrähte in den Aufnahmetaschen, die ebenfalls alle auf diesem identischen Radius angeordnet sind. Die Schneid-Klemm-Elemente sind dabei vorzugsweise alle radial außerhalb der äußersten Stromschiene angeformt, wobei die Aufnahmetaschen insbesondere direkt in der Isoliermaske des Stators ausgeformt sind.
Durch die einstückige Ausbildung des Lagersitzes mit dem Kunststoff-Bauteil der Verschalteplatte, wird der Lagersitz automatisch mit der Ausbildung der Schneid-Klemm-Verbindung zwischen der Verschalteplatte und den Statorspulen vorfixiert. Werden die Stromschienen als Einlegeteile in einer Spritzgussform mit der Verschalteplatte umspritzt, ist eine besonders präzise Positionierung der Schneid-Klemm-Elemente gewährleistet. Alternativ können jedoch auch die ringförmigen Stromschienen nach der Herstellung der Verschalteplatte mit dem integrierten Lagersitz axial in ausgeformte ringförmige Nuten der Verschalteplatte eingefügt werden, wodurch der Spritzguss-Prozess kostengünstiger ausgebildet werden kann. Da die Ausbildung der Scheid-Klemm-Verbindung zwischen der Verschalteplatte und den Aufnahmetaschen zur Ausbildung eines zuverlässigen elektrischen Kontaktes eine hohe Positionsgenauigkeit erfordert, ist damit auch gleichzeitig der Lagersitz gegenüber dem Stator sehr exakt positioniert.
Zur Isolation der Statorwicklung gegenüber dem Statorgrundkörper ist auf letzterem - bevorzugt an beiden axialen Stirnseiten - eine Isoliermaske aufgesetzt. Auf diese Isoliermaske wird mit dem Wickeldraht die Statorspule gewickelt und der Wickeldraht in die Aufnahmetaschen eingelegt, die insbesondere unmittelbar in einer der Isoliermasken ausgebildet sind. Damit die Verschalteplatte bis zur Montage des Hydraulikblocks auf das Statorgehäuse zuverlässig vorfixiert bleibt, kann die Verschalteplatte sehr einfach durch thermische Verstemmen mit dem Kunststoff der Isoliermaske verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich können zwischen der Verschalteplatte und der Isoliermaske Clipselemente ausgebildet sein, die beim axialen Fügen der Verschalteplatte auf den Stator zur Vorfixierung miteinander verrasten. Somit kann der axial offene Elektromotor auch nach der Montage der Verschalteplatte beispielsweise zum Kunden transportiert werden, wobei die Verschalteplatte zuverlässig am Stator vorfixiert bleibt.
Wird nun das Hydraulikaggregat axial auf den offenen Flansch des Motorgehäuses montiert, wird die Verschalteplatte mit einer ausreichenden Anpresskraft axial zwischen dem Stator und dem Hydraulikaggregat verspannt. Diese axiale Verpressung der Verschalteplatte ist so stark, dass die Verschalteplatte als Lagerschild wirkt, das die im Betriebszustand auftretende Lagerkräfte des Rotors zuverlässig aufnehmen und an das Gehäuse abführen kann. Die axiale Anpresskraft für die Verschalteplatte kann besonders einfach dadurch erzeugt werden, dass ein Flansch des Statorgehäuses mittels Schrauben mit dem Hydraulikaggregat verschraubt wird. Da die Verschalteplatte nach deren Vorfixierung auf dem Stator axial etwas über den offenen Flansch des Statorgehäuses übersteht, wird die Verschalteplatte beim Anflanschen des Hydraulikaggregats an den Flansch axial zusammengedrückt und damit zuverlässig dauerhaft zwischen dem Hydraulikaggregat und dem Stator verspannt. Die Anpresskraft auf die Verschalteplatte kann einerseits durch den axialen Überstand der Verschalteplatte über den Flansch eingestellt werden. Andererseits können insbesondere auch Deformationsbereiche in die Verschalteplatte integriert sein, wie sich bei der axialen Montage des Hydraulikaggregats so weit verformen, bis der zylindrische Rand der Verschalteplatte axial vollständig in das Statorgehäuse eingepresst ist.
Ist das Hydraulikaggregat auf den Flansch des Statorgehäuses montiert, ragt ein freies Ende der Rotorwelle axial mit einem Abtriebsritzel in das Hydraulikaggregat hinein. Dabei greift das Abtriebselement in ein entsprechendes Getriebeelement einer Hydraulikpumpe, beispielsweise eine Exzenterpumpe, um einen Hydraulikdruck aufzubauen. Dabei ist im Lagersitz eine axiale Durchgangsöffnung konzentrisch zum Lagerinnenring ausgebildet, durch den die Rotorwelle axial hindurchragt.
Axial gegenüberliegend zum Statorgehäuse ist an dem Hydraulikaggregat ein Elektronikgehäuse angeordnet, dass die Steuerelektronik für den Elektromotor aufnimmt. Um die Statorspulen elektronisch zu kommutieren, ragen die Anschluss-Pins axial vollständig durch das Hydraulikaggregat hindurch, und sind dort mit der Leistungselektronik im Elektronikgehäuse verbunden.
Die Verschalteplatte weist radial innerhalb der Statorspulen eine axiale Vertiefung auf, innerhalb der der Lagersitz ausgeformt ist. Im radial äußeren Bereich der Verschalteplatte wird ein gewisser axialer Bauraum für die ringförmigen Stromschienen axial oberhalb der Statorspulen beansprucht. Dadurch ist im radial äußeren Bereich der Statorspulen eine radial äußere Ebene ausgebildet, die einen geringeren axialen Abstand zum Hydraulikaggregat aufweist, als die radial innere Ebene, die durch die axiale Vertiefung ausgebildet ist. In der axialen Vertiefung kann sowohl das Wälzlager - als optional auch ein Signalgeberrad - angeordnet werden, wodurch für diese kein zusätzlicher axialer Bauraum benötigt wird. Das Sensorrad kann besonders platzsparend auf einem axialen Fortsatz des Abtriebsritzels befestigt werden, so dass sich das Sensorrad axial zwischen den Abtriebselement und dem Wälzlager in Radialrichtung erstreckt. Dabei kann das Signalgeberrad radial außerhalb des hülsenförmigen Lagersitz axial mit der Lagerhülse, bzw. mit dem Wälzlager axial überlappen.
In einer bevorzugten Ausführung der Verschalteplatte ist die axiale Stufe zwischen der radial äußeren Ebene und der radial inneren Ebene konusförmige ausgebildet. Dabei kann in diese Konusfläche eine radiale Ausnehmung ausgebildet sein, in der ein Sensorelement angeordnet ist, dass mit dem Signalgeberrad zusammenwirkt. Das Sensorelement ist bevorzugt ebenfalls durch das Hydraulikaggregat hindurch mit der Elektronikeinheit verbunden, so dass in platzsparender Weise eine Rotorlagen-Erfassung für die Ansteuerung des Elektromotors und/oder für die Hydraulikpumpe realisiert ist.
Nach der Montage des Hydraulikaggregats und des Elektronikgehäuses axial auf das Gehäuse des Elektromotors ist ein sehr kompaktes Bremsaggregat hergestellt, das beispielsweise zur Realisierung einer ABS- und/oder ESP-Funktion geeignet ist. Durch die Zuführung einer Hydraulikflüssigkeit zur Hydraulikpumpe im Hydraulikaggregat, kann ein hydraulischer Druck aufgebaut werden, mittels dem die Räder des Kraftfahrzeugs gebremst werden können. Die Verwendung des elektronisch kommutierten Elektromotors in dem Bremsaggregat ermöglicht die Erzeugung eines sehr hohen Hydraulikdrucks innerhalb einer sehr kurzen Ansprechzeit und gewährleistet eine zuverlässige Funktion über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs.
Beim Herstellen des Bremsaggregats wird vorteilhaft die Verschalteplatte beim elektrischen Kontaktieren der Statorspulen am Stator vorfixiert. Dadurch kann der axial offene Elektromotor auch über größere Entfernungen zur nachfolgenden Montage des Hydraulikblocks transportiert werden. Dabei wird beim Anflanschen des Hydraulikblocks an das axial offene Motorgehäuse die Verschalteplatte zwischen dem Hydraulikaggregat und dem Statorgrundkörper axial verspannt. Dadurch kann das in der Verschalteplatte aufgenommene Wälzlager alle Lagerkräfte des Rotors über die gesamte Lebensdauer zuverlässig aufnehmen. Bevorzugt ist dabei der Statorgrundkörper in das Statorgehäuse eingepresst, beispielsweise mittels einer thermischen Schrumpfpassung. Die elektrische Kontaktierung der Verschalteplatte mit dem Statorspulen erfolgt bevorzugt mittels Schneid-Klemm-Elementen, die beim axialen Einfügen der Verschalteplatte in das Statorgehäuse in korrespondierende Aufnahmetaschen eingefügt werden, um in die in diesen eingelegten Wickeldrähten einzuschneiden. Dadurch entfällt vorteilhaft ein separaterer Montageschritt, bei dem die Wickeldrähte nach dem axialen Fügen der Verschalteplatte beispielsweise mittels Verlöten oder Verschweißen mit den Stromschienen kontaktiert werden müssen. Besonders günstig ist es dabei, wenn mit dem axialen Einfügen der Verschalteplatte deren Vorfixierung durch die Ausbildung einer Warmverprägung oder einer Rastverbindung zusätzlich gesichert wird. Die Endfixierung der Verschalteplatte innerhalb des Motorgehäuses erfolgt besonders einfach beim axialen Anschrauben des Statorflansches an das Hydraulikaggregat, bei dem eine entsprechende axiale Verspannkraft eingestellt werden kann.
Nach dem Befestigen des Statorgehäuses an dem Hydraulikaggregat ragen die Anschluss-Pins der Verschalteplatte axial auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Hydraulikblock heraus. Die Anschluss-Pins können dann sehr günstig mit der Montage des Elektronikgehäuses mit der Elektronikeinheit verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Lagersitz des Lagerschilds axial näher am Rotor angeordnet, als der radial äußere Ringbund. Dabei weist das Lagerschild insbesondere eine axiale Stufe aus, so dass über dem radial inneren Bereich des Lagerschilds ein axialer Bauraum zur Verfügung steht, der beispielsweise für die Anordnung eines Signalgebers auf der Rotorwelle genutzt werden kann. Dabei kann an dem axialen hülsenförmigen Fortsatz des Lagersitzes ein erster axialer Anschlag für das Wälzlager zum Stator hin oder zum Hydraulikaggregat hin angeformt sein. Entsprechend wird das Wälzlager axial von oben in den Lagersitz eingefügt, und anschließend beispielsweise durch Verpressen, Vestemmen oder Verclipsen im Lagersitz fixiert. Bevorzugt wird das Wälzlager jedoch axial von unten vor dem Einfügen der Verschalteplatte in das Statorgehäuse in den Lagersitz eingesetzt. Dabei wird das Wälzlager beim Verpressen der Verschalteplatte zwischen dem Statorgehäuse und dem Hydraulikblock gegen den oberen axialen Anschlag im Lagersitz gepresst. Alternativ kann das Wälzlager als Einlegeteil mit der Verschalteplatte umspritzt sein, wodurch das Wälzlager zuverlässig axial in der Verschalteplatte fixiert bleibt.
Durch das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren kann zuerst der Statorgrundkörper in das Motorgehäuse eingepresst werden und davon unabhängig danach die Verschalteplatte axial in das Gehäuse eingefügt werden, nachdem der Rotor radial innerhalb des Statorgrundkörpers eingefügt wurde. Dabei kann das obere Rotorlager bei der Montage der Verschalteplatte axial auf die Rotorwelle gefügt werden. Alternativ kann zuerst die Verschalteplatte axial oberhalb des Rotor befestigt werden, und danach erst das obere Wälzlager auf die Rotorwelle aufgeschoben werden, um dieses axial in den axial nach oben offenen Lagersitz einzufügen. Dadurch kann der Rotor direkt mit der Montage der Verschalteplatte bzw. des oberen Wälzlagers, radial sehr exakt positioniert werden, ohne das ein weiteres Justierverfahren notwendig ist.
Der äußere zylinderförmige Ringbund der Verschalteplatte ist insbesondere axial an der äußeren radialen Ebene der Verschalteplatte ausgebildet, so dass sich die Verschalteplatte mit dem Lagerschild radial am zylindrischen Gehäuse des Stators abstützen kann. Das Statorgehäuse kann mittels Tiefziehen besonders günstig als geschlossener Topf ausgebildet werden, bei dem an der Bodenfläche kein axialer Durchbruch für die Rotorwelle ausgebildet ist. An der Bodenfläche ist eine Lageraufnahme für ein Rotorlager ausgebildet, so dass in diesem Fall das Abtriebselement des Rotors und die elektrische Kontaktierung des Stators axial auf der gleichen Seite, nämlich am offenen Flansch, angeordnet sind.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach einem ersten Montageschritt,
2 die elektrische Maschine gemäß 1 nach einem zweiten Montageschritt,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verschalteplatte wie sie in 1 und 2 verbaut werden kann, und
4 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels in komplett montiertem Zustand.

Bei der in 1 dargestellten elektrischen Maschine 100 handelt es sich um einen elektronisch kommutierten Elektromotor 10. Die elektrische Maschine 100 ist mit einem Rotor 14 als Innenläufer ausgebildet und umfasst einen Stator 12, dessen Statorgrundkörper 11 in einem Statorgehäuse 13 eingefügt ist. Der Stator 12 weist über den Umfang verteilt mehrere radiale Statorzähne 20 auf, auf die bestrombare Statorspulen 15 gewickelt sind. Dazu ist auf dem Statorgrundkörper 11, der sich bevorzugt aus einzelnen axial gestapelten Blechlamellen 22 zusammensetzt, mindestens eine Isoliermaske 24 angeordnet. Auf diese Isoliermaske 24 sind dann die Statorspulen 15 mittels eines Wickeldrahts 19 gewickelt. Beispielsweise können alle Statorspulen 15 mittels eines einzigen ununterbrochenen Wickeldrahts 19 durchgewickelt sein. Die Statorspulen 15 sind als Einzelzahnspulen 25 ausgebildet, die jeweils nur um einen einzigen Statorzahn 20 gewickelt sind. Im Ausführungsbeispiel sind Aufnahmetaschen 30 in der Isoliermaske 24 ausgebildet, in die der Wickeldraht 19 zwischen den Statorspulen 15 eingelegt ist. Axial oberhalb der Statorspulen 15 ist eine Verschalteplatte 26 angeordnet, die die Statorspulen 15 elektrisch mit einer Elektronikeinheit 40 verbindet. Dazu sind in der Verschalteplatte 26 als Stromschienen mehrere ringförmige Leiterstreifen 27 angeordnet, an denen axial nach unten Schneid-Klemm-Elemente 31 angeformt sind. Die Schneid-Klemm-Elemente 31 ragen axial aus der Verschalteplatte 26 heraus, die aus Kunststoff ausgebildet ist. Die Schneid-Klemm-Elemente 31 greifen axial in die Aufnahmetaschen 30 ein, und schneiden sich elektrisch kontaktierend in die Wickeldrähte 19 in den Aufnahmetaschen 30 ein. Die Leiterstreifen 27 weisen an axial den Schneid-Klemm-Elementen 31 gegenüberliegenden Seiten Anschluss-Pins 61 auf, die sich axial vom Stator 12 weg, aus der Verschalteplatte 26 raus erstrecken. Im Zentrum der Verschalteplatte 26 ist einstückig mit dieser ein Lagersitz 32 ausgebildet, in dem ein Wälzlager 33 für den Rotor 14 aufgenommen ist. Der Lagersitz 32 ist als zylindrische Hülse 34 ausgebildet, in die ein Außenring 35 des Wälzlagers 33 axial eingefügt ist. Ein Innenring 36 des Wälzlagers 33 nimmt eine Rotorwelle 16 des Rotors 14 auf. Somit bildet die Verschalteplatte 26 aus Kunststoff gleichzeitig das Lagerschild für den Rotor 14. Auf der Rotorwelle 16 ist ein Rotorkörper 17 angeordnet. Über dessen Umfang verteilt sind mehrere Permanentmagnete 18 angeordnet, die mit den Statorspulen 15 zusammenwirken. An einem der offenen Seite gegenüberliegenden Seite des Statorgehäuses 13 ist ein Gehäuseboden 41 ausgebildet, der das Statorgehäuse 13 auf dieser Seite axial abschließt. Im Zentrum des Gehäusebodens 41 ist eine Lageraufnahme 42 für ein zweites Rotorlager 44 ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist das zweite Rotorlager 44 als Loslager ausgebildet, das mittels einem Federelement 45 axial vorgespannt ist. Das Wälzlager 33 in der Verschalteplatte 26 ist bevorzugt als Festlager ausgebildet, das die Rotorwelle 16 axial fest in der Verschalteplatte 26 fixiert. Damit ist für den Axialspielausgleich für den Lagersitz 32 in der Verschalteplatte 26 kein zusätzliches axiales Federelement notwendig. Die Verschalteplatte 26 weist an ihrem radial äußersten Rand einen Zylindermantel 37 auf, der sich entlang dem Umfang an der Innenwand 46 des Statorgehäuses 13 erstreckt. Am äußeren Umfang der Verschalteplatte 26 können Führungselemente ausgeformt sein, die die Winkellage der Verschalteplatte 26 gegenüber dem Statorgehäuse 13 festlegen. Optional kann der Zylindermantel 37 mit der Innenwand 46 des Statorgehäuses 13 verpresst sein.
Die zylindrische Hülse 34 des Lagersitzes 32 ist innerhalb einer axialen Vertiefung 50 der Verschalteplatte 26 angeformt. Dabei ist eine radial innere, erste axiale Ebene 38 über eine Stufe 28 mit einer radial äußeren, zweiten axialen Ebene 39 der Verschalteplatte 26 verbunden. Die zylindrische Hülse 34 des Lagersitzes 32 erstreckt sich ausgehend von der radial inneren Ebene 38 axial weg vom Rotor 14. Dabei ist am Lagersitz 32 eine axiale Stirnfläche 29 ausgebildet, an der sich der Außenring 35 axial abstützt. Die Stufe 28 wird bevorzugt durch einen konischen Bereich 51 gebildet, der die erste, innere Ebene 38 mit der zweiten, äußeren Ebene 39 verbindet. In der zweiten, äußeren Ebene 39 sind die Leiterstreifen 27 im radialen Bereich der Statorspulen 15 angeordnet. Die erste, radial innere Ebene 38 ist axial gegenüberliegend zum Rotor 14 angeordnet. Bei dieser Ausführung durchdringt die Rotorwelle 16 das Wälzlager 33 und ein zentrales Durchgangsloch 48 des Lagersitzes 32, so dass auf einem freien Ende 56 der Rotorwelle 16 ein Abtriebselement 80 und ein Signalgeber 82 für eine Rotorlageerfassung angeordnet sind. Bevorzugt ist dabei der Signalgeber 82 als Magnetrad 81 ausgebildet, das beispielsweise auf einem axialen Fortsatz 79 des Abtriebselements 80 angeordnet ist. Die Verschalteplatte 26 ist in 1 einerseits über die Schneid-Klemm-Elemente 31 mit dem Wickeldraht 19, und insbesondere andererseits zur Vorfixierung für den weiteren Montageprozess mit der Isoliermaske 24 verbunden. Diese Vorfixierung ist bevorzugt mittels Clips- oder Rastelementen 62, oder mittels Warmverprägungen 64 ausgebildet. Der Zylindermantel 37 ragt bei diesem Montageschritt noch leicht axial über einen offenen Flansch 43 des Statorgehäuses 11 hinaus. In 1 ist über dem Statorgehäuse 13 ein Hydraulikaggregat 70 dargestellt, das in Axialrichtung 8 auf den Flansch 43 aufgesetzt wird. Im Hydraulikaggregat 70 sind Durchgangslöcher 72 für die Anschluss-Pins 61 ausgebildet, und ein Getriebeelement 84 für den Eingriff des Abtriebselements 80 angeordnet.
Danach wird gemäß 2 in einem nächsten Montageschritt das Hydraulikaggregat 70 axial auf die offene Seite des Statorgehäuses 13 gefügt. Dabei wird der Zylindermantel 37 axial vollständig in das Statorgehäuse 13 eingepresst, indem der Flansch 43 des Statorgehäuses 13 an das Hydraulikaggregat 70 angeschraubt wird. Am Flansch 43 sind bevorzugt Anschraub-Ösen 54 ausgebildet, durch die Schrauben 55 in das Hydraulikaggregat 70 eingeschraubt werden. Dabei wird die Verschalteplatte 26 axial gegen den Statorgrundkörper 11 und/oder gegen die Isoliermaske 24 gedrückt, und damit dauerhaft fest im Statorgehäuse 13 befestigt. An der Verschalteplatte 26 sind beispielsweise Deformationsbereiche 52 ausgebildet, die bei einer axialen Krafteinwirkung durch die Montage des Hydraulikaggregats 70 axial zusammengedrückt werden, und dadurch eine axiale Verspannung zwischen dem Statorgrundkörper 11 und dem Hydraulikaggregat 70 bewirken. Im Hydraulikaggregat 70 ist das Getriebeelement 84 für eine Hydraulikpumpe angeordnet, in die das Abtriebselement 80 eingreift. Dadurch ragt das Abtriebselement 80 axial in das Hydraulikaggregat 70 hinein. Des Weiteren sind im Hydraulikaggregat 70 die axialen Durchgangslöcher 72 für die Anschluss-Pins 61 ausgebildet, so dass diese auf der dem Statorgehäuse 13 gegenüberliegenden Seite des Hydraulikaggregats 70 herausragen. Auf dieser Seite ist dann ein Elektronikgehäuse 60 angeordnet, das die Elektronikeinheit 40 aufnimmt, mit der die Anschluss-Pins 61 verbunden werden. Auch ein Drehlagensensor 83 ist mit der Elektronikeinheit 40 verbunden, um die elektrische Kommutierung der Statorspulen 15 anzusteuern. Der Drehlagensensor 83 ist bevorzugt in einer Ausnehmung 49 in der Stufe 28 der Verschalteplatte 26 angeordnet. Die Elektronikeinheit 40 weist beispielsweise eine Leiterplatine 66 auf, auf der Leistungsbauelemente 67 und/oder ein Mikroprozessor 68 angeordnet sind.
In 3 ist eine Variation einer Verschalteplatte 26 dargestellt, wie sie auch in ein Statorgehäuse 11 gemäß 2 und 3 eingesetzt werden kann. Die Verschalteplatte 26 weist radial innen die erste, innere Ebene 38 auf, von der sich der Lagersitz 32 als axiale Hülse 34 nach oben zum Hydraulikaggregat 70 erstreckt. Im Lagersitz 32 ist das Wälzlager 33 aufgenommen. In dieser Ausführung ist das Wälzlager 33 mit seinem Außenring 35 in Axialrichtung 8 von oben in den Lagersitz 32 eingefügt, bis er am unteren Ende des Lagersitzes 32 an einer axialen Anschlagsfläche 29 anliegt. Dabei wird das Wälzlager 33 insbesondere mittels Warmverprägen oder Einpressen oder Verstemmen, oder mittels eines Rastelements im Lagersitz 32 fixiert. Im Innenring 36 wird die Rotorwelle 16 gelagert. Die erste innere Ebene 38 ist über eine Stufe 28 mit der zweiten, äußeren Ebene 39 verbunden, die axial beabstandet zur ersten, inneren Ebene 38 angeordnet ist. Die Stufe 28 bildet dabei eine axiale Vertiefung 50 in der Verschalteplatte 26, innerhalb der der Lagersitz 32 angeordnet ist. Im radialen äußeren Bereich der zweiten äußeren Ebene 39 sind die Leiterstreifen 27 in die Verschalteplatte 26 integriert. Die Leiterstreifen 27 sind bevorzugt als Stanz-Biegeteile ausgebildet, die von der Verschalteplatte 26 umspritzt sind. Alternativ können die Leiterstreifen 27 auch als Einlegeteile in entsprechende axial nach unten offene Aussparungen in der Verschalteplatte 26 eingefügt werden. Jeder Leiterstreifen 27 weist mehrere Schneid-Klemm-Elemente 31 auf, die sich einstückig vom Leiterstreifen 27 axial nach unten erstrecken. Die ringförmigen Leiterstreifen 27 sind auf verschiedenen Radien angeordnet und bilden bevorzugt jeweils eine eigene elektrische Phase der elektrischen Wicklung. Die Schneid-Klemm-Elemente 31 sind insbesondere alle auf einem gleichen Radius außerhalb der Leiterstreifen 27 angeordnet, wo sie axial in die korrespondierenden Aufnahmetaschen 30 in der Isoliermaske 24 eingreifen. Axial nach oben erstrecken sich die Anschluss-Pins 61 der einzelnen Leiterstreifen 27, wobei diese hier mit einem Sockel 63 umspritzt sind, mit dem die Anschluss-Pins 61 gegenüber dem Hydraulikaggregat 70 abgedichtet werden. Am axial unteren Rand 53 der Verschalteplatte 26 sind die Deformationsbereiche 52 ausgebildet, die beim Einpressen in das Statorgehäuse 13 derart verformt werden, dass die Längserstreckung 92 der Verschalteplatte 26 in Axialrichtung 8 reduziert wird. Die Deformationsbereiche 52 werden beispielsweise durch das Ausbilden von Hohlräumen oder Fenstern oder federnder Bereiche im Kunststoffmaterial realisiert, die sich beim Einwirken einer entsprechenden Axialkraft axial zusammenpressen lassen. Zur Vorfixierung der Verschalteplatte 26 am Stator 12 sind hier in der Verschalteplatte 26 axiale Durchbrüche 74 ausgeformt, durch die axiale Verprägestifte 75 der Isoliermaske 24 hindurchgreifen. Die freien Enden 64 der Verprägestifte 75 werden dann thermisch umgeformt, um einen Formschluss 76 bezüglich der Axialrichtung 8 zu bilden. In einer alternativen Ausführung des Lagerschildes wird das Wälzlager 33 von der Rotorseite in den Lagersitz 32 eingeführt. Dabei weist die zylindrische Hülse 34 des Lagersitzes 32 auf der dem Rotor 14 abgewandten Seite eine axiale Anschlagsfläche 29 auf, die vorzugsweise als umlaufender Ring ausgebildet ist. Dabei kann das Wälzlager 33 zusätzlich an der dem Rotor 14 zugewandten Seite im Lagersitz 32 verstemmt oder anders fixiert werden. Dadurch kann der Rotor 14 sehr günstig zusammen mit der Verschalteplatte 26 axial in das Statorgehäuse 13 montiert werden.
4 zeigt als elektrische Maschine 100 ein komplett zusammengebautes Bremsaggregat 102, bei dem an der ersten Seite des Hydraulikaggregats 70 der Elektromotor 10 über den Flansch 43 angeschraubt ist. An der gegenüberliegenden Seite ist das Elektronikgehäuse 60 mit der Elektronikeinheit 40 angeordnet. Die Anschluss-Pins 6 - und gegebenenfalls der Drehlagensensor 83 - sind isolierend axial vollständig durch das Hydraulikaggregat 70 hindurch zur Elektronikeinheit 40 geführt. Quer zur Axialrichtung 8 ragt ein Stellglied 88 aus dem Hydraulikaggregat 70, das durch die Hydraulikpumpe betätigt wird. Weiterhin ist seitlich am Hydraulikaggregat 70 ein Tank 90 für die Hydraulikflüssigkeit angeordnet, der die Hydraulikpumpe mit Hydraulikflüssigkeit versorgt.
Es sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und in der Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispiele vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung und die Verbindungstechnik des Flansches 43 zum Hydraulikaggregat 70 entsprechend der Kundenanforderungen entsprechend variiert werden. Ebenso kann die Ausbildung der Verschalteplatte 26 mit den Leiterstreifen 27 und gegebenenfalls die Anordnung von den Deformationsbereichen 52 und den Rastelementen 62 an den entsprechendes Stator 12 und die Isoliermaske 24 angepasst werden. Mittels der Anschluss-Pins 61 können unterschiedliche Verschaltungen der Statorspulen 15 realisiert werden, beispielsweise eine Dreiecks- oder eine Sternschaltung der einzelnen Phasen (Leiterstreifen bzw. Stromschienen 27), oder die Anzahl der Phasen variiert werden. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für die Ausbildung eines Bremsaggregats 102 im Kraftfahrzeug, ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010001689 A1 [0002]
DE 102018208556 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine (100) mit einem mit Statorspulen (15) bewickelten Statorgrundkörper (11), der in einem topfförmigen Statorgehäuse (13) befestigt ist, und mit einer Verschalteplatte (26) aus Kunststoff, die eine elektrische Verbindung zwischen den Statorspulen (15) und einer Elektronikeinheit (40) bildet, wobei in die Verschalteplatte (26) einstückig ein Lagersitz (32) für ein Wälzlager (33) eines Rotors (14) integriert ist, der radial innerhalb des Statorgrundkörpers (11) angeordnet ist, wobei die Verschalteplatte (26) zur exakten Positionierung des Lagersitzes (32) zumindest weitestgehend vollständig axial in das Statorgehäuse (13) eingefügt ist.
Elektrische Maschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschalteplatte (26) an ihrem äußersten Umfang einen radial äußeren Zylindermantel (27) aufweist, der sich axial entlang der Innenwand (46) des Statorgehäuses (13) erstreckt - und sich insbesondere radial an der Innenwand (46) abstützt -, und der Lagersitz (32) als zentraler hülsenförmiger axialer Fortsatz (34) ausgebildet ist, in den das Wälzlager (33) axial eingefügt ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verschalteplatte (26) im radialen Bereich der Statorspulen (15) mehrere ringförmige Stromschienen (27) angeordnet sind, die einerseits mittels Schneid-Klemm-Verbindungen (31) mit Wickeldrähten (19) der Statorspulen (15) verbunden sind, und andererseits axiale Anschluss-Pins (61) aufweisen, die mit einer Elektronikeinheit (40) verbindbar sind.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschalteplatte (26) mit dem Lagersitz (32) monolithisch als Spritzgussteil ausgebildet ist, wobei die Stromschienen (27) mit dem Kunststoff umspritzt sind, oder als Einlegeteile in entsprechende Ausnehmungen in der Verschalteplatte (26) eingefügt sind.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Statorgrundkörper (11) eine Isoliermaske (24) aus Kunststoff angeordnet ist, auf die die Statorspulen (15) gewickelt sind, und die Verschalteplatte (26) mittels Warmverprägungen (64) und/oder mittels Rastelementen (62) - insbesondere zur Vorfixierung während des Montageprozesses - an der Isoliermaske (24) befestigt ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (13) einen Flansch (43) aufweist, an dem ein Hydraulikaggregat (70) axial anliegt, und das Hydraulikaggregat (70) unmittelbar axial an der Verschalteplatte (26) anliegt, und die Verschalteplatte (26) axial gegen den Statorgrundkörper (11) presst, um die Verschalteplatte (26) sicher - insbesondere während des Betriebszustandes - gegenüber dem Statorgehäuse (13) zu fixieren.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (43) an dem Hydraulikaggregat (70) festgeschraubt ist, wobei durch die Anschraubkraft die Verschalteplatte (26) axial zusammengepresst ist, wobei insbesondere an der Verschalteplatte (26) Deformationsbereiche (52) ausgebildet sind, die eine verringerte axiale Steifigkeit aufweisen, mittels derer die axiale Vorspannkraft auf die Verschalteplatte (26) einstellbar ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagersitz (32) eine zentrale axiale Durchgangsöffnung (48) aufweist, durch die eine Rotorwelle (16) des Rotors (14) mit einem freien Ende (56) axial in das Hydraulikaggregat (70) hineinragt, wobei an dem freien Ende (56) ein Abtriebselement (80) angeordnet ist, mittels dem eine Pumpe des Hydraulikaggregats (70) antreibbar ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschluss-Pins (61) der Verschalteplatte (26) axial vollständig das Hydraulikaggregat (70) durchdringen, und axial gegenüber dem Statorgehäuse (13) an dem Hydraulikaggregat (70) die Elektronikeinheit (40) angeordnet ist, die elektrisch mit den Anschluss-Pins (61) verbunden ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschalteplatte (26) radial innerhalb der Stromschienen (27) eine zentrale axiale Vertiefung (50) aufweist, in die ein Signalgeber-Rad (82) zur Ermittlung einer Rotorlage des Rotors (14) eingreift, wobei das Signalgeber-Rad (82) vorzugsweise axial zwischen dem Abtriebselement (80) und dem Lagersitz (32) auf der Rotorwelle (16) angeordnet ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Vertiefung (50) eine konische Fläche (51) aufweist, die eine erste radial innere Ebene (38) mit einer zweiten, radial äußeren Ebene (39) verbindet - und insbesondere im Zentrum der radial inneren Ebene (38) der hülsenförmige Lagersitz (32) axial zum Hydraulikaggregat (70) hin angeformt ist - und vorzugsweise an der konischen Fläche (51) eine Ausnehmung (49) zur Aufnahme eines Drehlagen-Sensors (83) für das Signalgeber-Rad (82) ausgebildet ist.
Bremsaggregat (102) zum Abbremsen und/oder Stabilisieren eines Kraftfahrzeugs, mit einer als Elektromotor (10) ausgebildeten elektrischen Maschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (10) eine Pumpe eines Hydraulikaggregats (70) antreibt, die einen Hydraulik-Druck zum Abbremsen mindestens eines Rades des Kraftfahrzeugs aufbaut.
Verfahren zum Herstellen eines Bremsaggregats (102) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - der bewickelte Statorgrundkörper (11) wird in das Statorgehäuse (13) eingefügt, wobei insbesondere das Statorgehäuse (13) eine Presspassung mit dem Stator (12) ausgebildet, -danach wird die Verschalteplatte (26) axial in das Statorgehäuse (13) eingefügt, um elektrische Kontakte mit den Statorspulen (15) auszubilden - insbesondere mittels Schneid-Klemm-Verbindungen (31) - und der Rotor (14) mittels eines Wälzlagers (33) im Lagersitz (32) der Verschalteplatte (26) aufgenommen wird, - die Verschalteplatte (26) wird zu deren Vorfixierung mittels Warmverprägen oder Verclipsen mit der Isoliermaske (24) des Statorgrundkörpers (11) verbunden, - danach wird der Flansch (43) des Statorgehäuses (13) axial an das Hydraulikaggregat (70) angeschraubt, wobei die Verschalteplatte (26) axial fest zwischen dem Hydraulikaggregat (70) und dem Statorgrundkörper (11) verspannt wird, so dass der Lagersitz (32) spielfrei im Statorgehäuse (13) positioniert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Bremsaggregats (102) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anschrauben des Statorgehäuses (13) an das Hydraulikaggregat (70) axial gegenüberliegend zum Statorgehäuse (13) an einem Elektronikgehäuse (60) die Anschluss-Pins (61) der Verschalteplatte (26) elektrisch mit der Elektronikeinheit (40) innerhalb des Elektronikgehäuses (60) verbunden werden.