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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine umfassend einen hohlzylinderförmigen Stator und ein an einem axialen Ende des Stators angeordnetes Lagerschild, wobei an dem Lagerschild eine Dichtungsanordnung angeordnet ist.
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Elektrische Maschinen finden vielfältige Anwendungen in der Technik und können beispielsweise als Traktionsmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Da dabei eine vergleichsweise hohe Leistung der elektrischen Maschine benötigt wird, kann es erforderlich sein, die elektrische Maschine im Betrieb zu kühlen. Dies kann beispielsweise durch eine Kühlung des Stators der elektrischen Maschine mittels einer Flüssigkeitskühlung umgesetzt werden. Dabei kann es wünschenswert sein, die Kühlung auf den Stator zu beschränken, so dass der rotierende Rotor der elektrischen Maschine nicht in Kontakt mit dem flüssigen Kühlmittel gelangt. Dafür ist in der elektrischen Maschine eine Abdichtung des Stators gegenüber dem Rotor beziehungsweise gegenüber dem Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator erforderlich. Ferner muss der Stator auch gegenüber der Umgebung der elektrischen Maschine abgedichtet sein.
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Dazu können verschiedene Arten von Dichtelementen an der elektrischen Maschine vorgesehen sein. Über diese Dichtelemente erfolgt eine Abdichtung des Stators, beispielsweise von zum Rotor gerichteten, offenen Statornuten in einem Blechpaket des Stators. Dies ermöglicht es, dass die in den Statornuten angeordneten Statorwicklungen über eine Kühlflüssigkeit gekühlt werden können, welche dabei aufgrund des Dichtelements nicht in den Luftspalt oder zum Rotor vordringen kann.
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Ein sich axial durch die elektrische Maschine erstreckendes Dichtelement muss dabei jeweils dichtend an den beiden axialen Stirnseiten des Stators an weiteren Komponenten der elektrischen Maschine abgedichtet werden. Beispielsweise kann das Dichtelement an einem Gehäuse und/oder an gehäusefesten Lagerschilden angebunden werden. Da im Bereich der Stirnseiten jedoch auch weitere Komponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise Stromschienen zur Verschaltung der Statorwicklung oder ähnliches, angeordnet werden müssen, besteht Bedarf an einer kompakten und insbesondere einfach zu montierenden Abdichtung, welche ebenfalls den Erfordernissen an eine Isolation gerecht werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben, welche insbesondere eine verbesserte Abdichtung eines Stators der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dichtungsanordnung einen ringförmigen Dichtungsträger und wenigstens eine Dichtung umfasst, mit der die Dichtungsanordnung an einem im Inneren des Stators angeordneten und den Stator gegen einen radial innen liegenden Luftspalt abdichtenden Dichtelement anliegt.
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Das Dichtelement, welches den Stator gegen den Luftspalt abdichtet, kann insbesondere ein Spaltrohr sein und ermöglicht eine Abdichtung eines den Stator umgebenden Nassraums gegenüber dem Rotor im Bereich des Luftspalts. An wenigstens einem axialen Ende des Stators erfolgt eine Abdichtung gegenüber dem Dichtelement mittels der Dichtungsanordnung an dem Lagerschild. Die am Lagerschild angeordnete Dichtungsanordnung umfasst dazu einen Dichtungsträger mit wenigstens einer Dichtung, welche insbesondere axial oder radial unmittelbar an dem Dichtelement anliegt, so dass eine Abdichtung an einem axialen Ende des Dichtelements erfolgen kann.
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Angrenzend an die dichtende Verbindung zu dem Dichtelements kann das Lagerschild insbesondere eine Aussparung für den wenigstens einen, axial aus dem Stator bzw. seinem Statorkern hervorstehenden Wickelkopf aufweisen. Gleichzeitig muss ein axialer Mindestabstand zwischen dem Lagerschild und dem Wickelkopf eingehalten werden, damit die Statorwicklung auch im Fall eines Isolationsdefekts im Bereich des Wickelkopfs gegenüber dem Lagerschild isoliert ist. Dies bedingt auch einen Mindestabstand, welchen eine direkt am Lagerschild angeordnete Dichtung gegenüber der axialen Stirnfläche des Stators einhalten muss, bzw. ein axiales Überstehen des Dichtelements vom Stator zur Überbrückung dieses Mindestabstands.
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Neben diesem axialen Abstand ist auch der radiale Abstand zwischen dem Lagerschild und dem Wickelkopf für die Isolation der elektrischen Maschine von Bedeutung. Zum Einhalten eines geforderten Mindestabstands, beispielsweise von 2,5 mm, wäre es bei einer direkt am Lagerschild angeordneten Dichtung je nach Abstand zwischen dem Dichtelement und dem Wickelkopf sowie je nach Dicke des Dichtelements erforderlich, eine vergleichsweise dicke Dichtung zu verwenden, um auch den radialen Abstand zu gewährleisten. Da bei einer in einer Nut angeordneten Dichtung ein erheblicher Teil der Dicke bzw. des Querschnitts in der Nut liegen muss, um ein Zusammenführen der abzudichtenden Komponenten mittels Ineinanderschieben zu ermöglichen, ergibt sich in diesem Fall eine erhebliche Gesamtdicke der Dichtung, welche sich ungünstig auf Kosten, Bauraumbedarf und die mechanischen Eigenschaften wie die Flexibilität der Dichtung o.Ä. auswirkt. Die Verwendung des Dichtungsträgers ermöglicht es, diese ungünstige Auslegung zu vermeiden und insbesondere durch den Dichtungsträger ausreichende Isolationsabstände zum Lagerschild einzuhalten.
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Die Verwendung des Dichtungsträgers ermöglicht vorteilhaft auch eine nähere Positionierung der Dichtung an dem Dichtelement. Dies bewirkt, dass die axiale Position, an der das Dichtelement über die Dichtungsanordnung des Lagerschilds abgedichtet wird, möglichst nah am axialen Ende des Dichtelements beziehungsweise am axialen Ende des Stators anliegt. Dadurch kann vorteilhaft ein möglichst geringer Dichtungsabstand zwischen dem dichtenden Kontakt und einem axialen Ende des Stators, beziehungsweise einer am gegenüberliegenden axialen Ende des Stators angeordneten, weiteren Dichtung, erreicht werden.
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Die möglichst nah am axialen Ende des Stators erfolgende Abdichtung gegenüber dem Dichtelement hat den Vorteil, dass somit axial geringe Dichtungsabstände zwischen den Dichtpunkten beziehungsweise Dichtebenen an den axialen Enden des Stators erreicht werden können. Ein solches Spaltrohr wird, um es einfach montieren zu können, beispielsweise mit einem leichten radialen Spiel axial in den Stator eingeschoben. Eine radiale Zentrierung zum Rotor kann es dabei insbesondere durch die Auflage auf Dichtungen an beiden Enden des Stators erreichen.
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Im Betrieb kann der Druck des Kühlmediums in einem den Stator zumindest teilweise umfassenden Nassraum auf den Außendurchmesser eines als Spaltrohr ausgeführten Dichtelements wirken, weshalb dieses zum Ausbeulen nach innen in Richtung Rotor neigen kann. Ein verringerter axialer Abstand versteift das Rohr gegenüber dem radialen Ausbeulen, so dass ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Spaltrohr und einem im Inneren der elektrischen Maschine angeordneten Rotor vorteilhaft vermieden werden kann. Ferner reduziert ein möglichst geringer axialer Abstand zwischen den Abdichtungen zum Dichtelement die erforderliche Materialdicke des Dichtelements, um dessen Steifigkeitsanforderungen zu erreichen.. Außerdem kann vorteilhaft auf die Verwendung eines besonders steifen Werkstoffs verzichtet werden, so dass sich auch in Bezug zu dem Dichtelement eine verbesserte Herstellbarkeit der elektrischen Maschine ergibt.
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Weiterhin ermöglicht es die Verwendung der Dichtungsanordnung, dass eine verbesserte elektrische Isolierung sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung im Bereich des axialen Endes des Stators erzeugt werden kann, da die Dichtung selbst nicht unmittelbar am Lagerschild angeordnet werden muss. Ein ausreichend großer Abstand zwischen dem Lagerschild und dem Wickelkopf kann somit konstruktiv einfach realisiert werden. Insbesondere eine Fertigung des Lagerschilds aus einem leitfähigen Material, beispielsweise aus einem Metallblech, wird dadurch vereinfacht, da unter Verwendung der Dichtungsanordnung größere Isolationsabstände erreicht werden können. Vorteilhaft kann das Lagerschild z. B. als ein Blech-Formteil ausgeführt werden, was eine besonders kostengünstige und effiziente Fertigung des Lagerschilds ermöglicht.
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Darüber hinaus kann bei einem als Blech-Formteil gefertigten Lagerschild auf das Anordnen der Dichtung an einem fertigungsbedingt gekrümmten Bereich, welcher zur Ausbildung der Aufnahme für den Wickelkopf erforderlich ist, vermieden werden. In einem solchen Bereich ist eine nah am axialen Ende des Stators bzw. des Statorkerns anzuordnende Dichtung konstruktiv nur sehr aufwendig zu befestigen, da in dem gekrümmten Bereich aufgrund des Krümmungsradius keine Nut zur Aufnahme eines Dichtrings oder ähnliches vorgesehen werden kann. Eine Nut könnte dabei nur außerhalb des gekrümmten Bereichs und somit mit einem größeren Abstand zum axialen Ende des Stators bzw. des Statorkerns angeordnet werden.
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Der Dichtungsträger, an welchem die wenigstens eine Dichtung angeordnet ist, weist eine Ringform auf und ist insbesondere konzentrisch um eine Öffnung des Lagerschilds zur Aufnahme einer Rotorwelle herum angeordnet, wobei der Dichtungsträger dabei ausreichende axiale und radiale Abstände zu dem Rotor aufweist, so dass der Rotor im Betrieb frei rotieren kann, ohne dass er mit umliegenden Bauteilen wie dem Lagerschild oder der Dichtungsanordnung kollidieren kann.
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Die Ringform des Dichtungsträgers ermöglicht es, dass durch die Dichtungsanordnung am Lagerschild eine Abdichtung entlang des kompletten Umfangs des Stators erfolgen kann, mithin also die Dichtung der Dichtungsanordnung über den gesamten Umfang an dem Dichtelement anliegt, so dass ein den Stator umfassender Nassraum insbesondere gegenüber dem Luftspalt beziehungsweise einem Rotor der elektrischen Maschine abgedichtet werden kann.
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Bei einer elektrischen Maschine, bei der der Stator z. B. zur Effizienzsteigerung mit einer Flüssigkeitskühlung in den Nuten ausgeführt ist, ist es wünschenswert, dass der Rotor nicht in einem flüssigkeitsgefüllten Raum rotieren muss, damit Planschverluste beim Betrieb der elektrischen Maschine vermieden werden können. Durch die Dichtungsanordnung am Lagerschild kann vorteilhaft eine Abdichtung des Rotorraums gegenüber dem Dichtelement erfolgen, welches die Statornuten gegenüber dem Luftspalt abdichtet. Dies ermöglicht insbesondere, dass die Statornuten beziehungsweise die Nuten in einem Blechpaket des Stators zum Luftspalt hin geöffnet sein können, wodurch das Einbringen und das Anordnen der Statorwicklung vereinfacht werden kann. Das Abdichten nach der Montage der Statorwicklung erfolgt über das Dichtelement, welches bevorzugt als ein Spaltrohr ausgeführt ist. Alternativ zu einem Spaltrohr können auch andere Dichtelemente, beispielsweise eine isolierende Beschichtung, eine Klebebeschichtung und/oder eine Dichtungsfolie oder ähnliches, verwendet werden
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Die Abdichtung des Dichtelements über die Dichtungsanordnung des Lagerschilds vereinfacht weiterhin die Montage der elektrischen Maschine, da die Komponenten, beispielsweise das Lagerschild und der Stator, nacheinander an einem Gehäuse der elektrischen Maschine montiert werden können. Die Abdichtung zwischen dem Dichtelement und der Dichtungsanordnung des Lagerschilds kommt dabei insbesondere durch ein axiales und/oder radiales Aneinanderstoßen des Dichtelements mit der Dichtung der Dichtungsanordnung zu Stande.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass der Dichtungsabstand zwischen einem beispielsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material wie einem Metallblech gefertigten Lagerschild und dem ebenfalls benachbart zu dem Dichtelement radial aus dem Statorkern hervorstehenden Wickelkopf vergrößert werden kann. Insbesondere, da es im Zuge der Montage der elektrischen Maschine zu Fehlstellen in einer Leitungsummantelung der Statorwicklungen kommen kann, ist eine ausreichende Isolierung beziehungsweise das Vorsehen von ausreichenden Isolationsabständen zwischen einem Lagerschild und den Wickelköpfen wünschenswert, da auf diese Weise sichergestellt werden kann, dass auch bei beschädigter Isolierung der Statorwicklungen kein Kurzschluss über das metallische Lagerschild nach außen entstehen kann. Die Verwendung einer Dichtungsanordnung mit einem elektrisch isolierenden Dichtungsträger vergrößert dabei die Luftstrecken beziehungsweise Kriechstrecken zwischen dem Wickelkopf und dem Lagerschild, so dass die elektrische Isolierung in der elektrischen Maschine verbessert werden kann.
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Vorteilhaft kann durch die Verwendung der Dichtungsanordnung mit dem Dichtungsträger aus elektrisch isolierendem Material vermieden werden, dass das im Inneren des Stators angeordnete Dichtelement zur Bereitstellung ausreichend großer Luft- und Kriechstrecken weit aus den axialen Stirnflächen des Stators bzw. des Statorkerns hervorstehen muss. Ein solches Hervorstehen würde die gesamte axiale Länge der elektrischen Maschine vergrößern, was sich nachteilhaft auf den Materialbedarf bei der Fertigung der elektrischen Maschine und somit auch auf die Herstellungskosten auswirkt. Auch bei der Anordnung der elektrischen Maschine in einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise als Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs, sind möglichst kleinbauende axiale Maße von Vorteil, da diese die Integration der elektrischen Maschine in ein Kraftfahrzeug signifikant erleichtern. Gegenüber einem direkt am Lagerschild angeordneten Dichtring können somit durch die Verwendung der Dichtungsanordnung größere Abstände zwischen dem Lagerschild und den Wickelköpfen eingehalten werden, wobei dies vorteilhaft bei vergleichsweise geringer axialer Länge der elektrischen Maschine erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Dichtung zumindest abschnittsweise zur Abdichtung gegen das Dichtelement entlang eines äußeren Umfangs des Dichtungsträgers verläuft und/oder dass der Dichtungsträger entlang eines äußeren Umfangs einen axialen Anschlag für das Dichtelement aufweist. Eine am äußeren Umfang des Dichtungsträgers verlaufende Dichtung ermöglicht es, dass das Dichtelement radial von außen auf der Dichtung aufliegt, wodurch konstruktiv besonders einfach eine axiale Abstützung des Dichtelements an dem Lagerschild umgesetzt werden kann.
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Der axiale Anschlag kann ringförmig sein und am gesamten äußeren Umfang des Dichtungsträgers ausgebildet sein oder es kann sich um mehrere, punktförmige oder ringsegmentförmige Abschnitte, welche insbesondere äquidistant um den äußeren Umfang des Dichtungsträgers angeordnet sind, handeln. Der Anschlag bewirkt eine axiale Fixierung des im Inneren des Stators angeordneten Dichtelements, wenn der Dichtungsträger bzw. dessen Dichtung an dem Dichtelement angeordnet sind. Dadurch wird eine axiale Verschiebbarkeit des Dichtelements im Inneren der elektrischen Maschine begrenzt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger wenigstens eine weitere Dichtung aufweist, mit der der Dichtungsträger an dem Lagerschild anliegt. Dies ermöglicht es, dass auch eine Abdichtung zwischen dem Lagerschild und dem Dichtungsträger erzeugt werden kann, insbesondere wenn diese als separate Komponenten und aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Eine Abdichtung des Nassraums gegenüber der Rotorwelle, beziehungsweise ein Abdichten der Umgebung des Lagerschilds zu dem Nassraum oder dem Inneren der elektrischen Maschine, kann vorteilhaft durch die weitere, ebenfalls am Dichtungsträger angeordnete, weitere Dichtung erzeugt werden.
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Die Dichtung und/oder die weitere Dichtung können jeweils insbesondere als ein Dichtring, beispielsweise als ein O-Ring, als aufdosierte Dichtung oder als eingespritzte Dichtung ausgeführt werden. Ein Dichtring beziehungsweise die aufdosierte oder eingespritzte Dichtung können dabei jeweils in einer ringförmigen Nut des Dichtungsträgers angeordnet werden, so dass eine stabile Halterung der Dichtung und der weiteren Dichtung an dem Dichtungsträger gegeben ist. Der Dichtring kann neben einem kreisförmigen Querschnitt bzw. einer ringförmigen Geometrie auch andere Formen aufweisen, wobei alle technisch sinnvoll umsetzbaren Formen, welche eine Montage des Dichtrings als separates Bauteil am Dichtungsträger zulassen, möglich sind. Der Dichtring kann zum Beispiel eine Dichtlippe zur Vereinfachung der Montage und/oder Aussparungen zur Anpassung der Steifigkeit aufweisen.
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Als eingespritzte Dichtung kann beispielsweise eine injizierte Elastomer-Dichtung verwendet werden. Diese kann z. B. anstelle von eingelegten Dichtringen wie O-Ringen mit einem Formwerkzeug eingespritzt werden. Dies ermöglicht insbesondere bei hohen Stückzahlen eine günstigere Fertigung des Dichtelements als die gegebenenfalls einzeln über Einfädelfasen aufzuschiebenden O-Ringe.
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Alternativ ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Dichtung mit einem ersten Dichtungsabschnitt an dem Dichtelement und mit einem zweiten Dichtungsabschnitt an dem Lagerschild anliegt. Dies ermöglicht es, dass die Dichtung als eine einzelne Dichtung hergestellt wird, welche wenigstens einen ersten und einen zweiten Dichtungsabschnitt aufweist.
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In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der erste Dichtungsabschnitt und der zweite Dichtungsabschnitt jeweils in einer ringförmigen Nut des Dichtungsträgers angeordnet sind, wobei die Nuten über einen oder mehrere Verbindungsabschnitte kommunizieren und miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht vorteilhaft ein gemeinsames Einspritzen beider Dichtungsabschnitte in einem einzigen Verfahrensschritt, das heißt mit einer einzigen Injektion eines Dichtmaterials, z. B. einem unter Verwendung eines Formwerkzeugs eingespritzten Elastomermaterials. Neben einem Einspritzen der Dichtung können auch andere Verfahren zum Aufbringen der Dichtung mit dem ersten Dichtungsabschnitt und dem zweiten Dichtungsabschnitt, beziehungsweise zum Aufbringen der ersten Dichtung und der zweiten Dichtung, verwendet werden, beispielsweise eine Dosierung mit einer Nadel oder vergleichbare Verfahren.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Lagerschild befestigt ist. Eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Befestigung des Dichtungsträgers an dem Lagerschild ermöglicht eine genaue Positionierung des Dichtungsträgers sowohl in axialer als auch in radialer Richtung an dem Lagerschild. Ferner kann eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung in einfacher Weise während der Montage der elektrischen Maschine erzeugt werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger ein oder mehrere in Umfangsrichtung versetzt angeordnete und in axialer Richtung hervorstehende Rastelemente aufweist, welche zur Befestigung des Dichtungsträgers an dem Lagerschild in korrespondierender Aufnahme des Lagerschilds eingreifen. Auf diese Weise kann eine einfach umzusetzende Befestigung des Dichtungsträgers am Lagerschild ermöglicht werden. Ferner kann durch das Vorsehen der Rastelemente am Dichtungsträger auf weitere Befestigungselemente verzichtet werden, so dass die Montage des Dichtungsträgers am Lagerschild und somit auch die Montage der gesamten elektrischen Maschine vereinfacht werden können.
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Weiterhin ermöglicht es die Verwendung der Rastelemente zur Befestigung des Dichtungsträgers vorteilhaft, dass die weitere Dichtung oder der zweite Dichtungsabschnitt, welcher das Lagerschild gegenüber dem Dichtungsträger abdichtet, durch eine Vorspannung zum dichten Anliegen gebracht wird. Dies gewährleistet eine Abdichtung des Statorraums auch zwischen dem Lagerschild und dem Dichtungsträger gegenüber dem radial innen liegenden, trockenen Rotorraum.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Rastelemente hakenartig oder krallenartig geformt sind. Die hakenartig oder krallenartig geformten Rastelemente können z. B. in Aufnahmen eingreifen, welche in axialer Richtung bezogen auf die Richtung eines Aufschiebens des Dichtelements vor der Aufnahme einen rampenförmigen Abschnitt aufweisen, so dass die hakenartig oder krallenartig geformten Rastelemente beim Aufschieben des Dichtungsträgers in axialer Richtung auf das Lagerschild aufgefedert werden und anschließend in die Aufnahme einrasten. Dadurch kann die axiale Position des Dichtungsträgers am Lagerschild genau definiert bzw. festgelegt werden. Ferner wird ermöglicht, dass die zylindrischen Zentrierflächen am Lagerschild und am Dichtungsträger in Kontakt miteinander geführt werden und so die radiale Lage des Dichtungsträgers ebenfalls definiert eingestellt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger mehrere entlang seines Umfangs versetzt angeordnete Aussparungen aufweist. Die Aussparungen können dabei insbesondere äquidistant um den äu-ßeren Umfang des Dichtungsträgers angeordnet sein und jeweils eine Ringscheibensegmentform in einer orthogonal zur Längsrichtung stehenden Ebene in Umfangs- und Radialrichtung aufweisen. Durch diese Aussparungen kann die Materialdicke, also die Dicke des Dichtungsträgers in axialer Richtung der elektrischen Maschine, reduziert sein, so dass sich insbesondere eine homogene Materialdicke des Dichtungsträgers ergibt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine einfache Fertigung des Dichtungsträgers als Spritzgussteil.
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Weiterhin haben die Aussparungen den Vorteil, dass die zur Fertigung als Spritzgussteil benötigten Anspritzpunkte im Inneren der Aussparungen liegen können und somit die zur Ausrichtung des Dichtungsträgers verwendeten, axialen Stirnfläche des Dichtungsträgers nicht beeinflussen. Eine Materialinhomogenität an den Einspritzpunkten beeinflusst somit weder die Lage des Dichtungsträgers am Lagerschild noch die einzuhaltenden Abstände beziehungsweise die Positionierung und Ausrichtung der zum Stator gewandten Seite des Dichtungsträgers oder das Anliegen der Dichtungsanordnung am Dichtelement im Inneren des Stators.
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Für eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine ist vorgesehen, dass die Dichtanordnung einen ringförmigen Dichtungsträger und wenigstens eine Dichtung umfasst, wobei der Dichtungsträger mehrere in Umfangsrichtung versetzt angeordnete und in axialer Richtung hervorstehende Rastelemente aufweist.
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Erfindungsgemäß können die Rastelemente dabei hakenartig oder krallenartig geformt sein. Die Rastelemente dienen insbesondere zur Befestigung des Dichtungsträgers am Lagerschild, wo sie formschlüssig und/oder kraftschlüssig in korrespondierende Aufnahmen des Lagerschilds eingreifen können.
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Erfindungsgemäß kann der Dichtungsträger der Dichtungsanordnung aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Die Dichtung kann erfindungsgemäß abschnittsweise entlang eines äußeren Umfangs des Dichtungsträgers verlaufen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Dichtungsträger entlang seines äußeren Umfangs einen axialen Anschlag für das Dichtelement aufweisen. Der axiale Anschlag kann dabei ringförmig sein und am äußeren Umfang des Dichtungsträgers anliegen oder es kann sich um mehrere, punktförmige oder ringsegmentförmige Abschnitte, welche insbesondere äquidistant um den äußeren Umfang des Dichtungsträgers angeordnet sind, handeln.
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Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung kann eine Dichtung mit einem ersten Dichtungsabschnitt und einem zweiten Dichtungsabschnitt aufweisen. Der erste Dichtungsabschnitt und der zweite Dichtungsabschnitt können dabei erfindungsgemäß jeweils in einer ringförmigen Nut des Dichtungsträgers angeordnet sein, wobei die Nuten über ein oder mehrere Verbindungsabschnitte kommunizierend miteinander verbunden sind.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Dichtanordnung und umgekehrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine in einer perspektivischen Schnittansicht,
- 2 eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leiterträgers der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 4 eine Ansicht der zum Stator gewandten Rückseite des erfindungsgemä-ßen Leiterträgers,
- 5 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Leiterträgers mit am Leiterträgerabschnitt angeordneten Stromschienen und Phasenanschlüssen,
- 6 die Anordnung des erfindungsgemäßen Leiterträgers am Stator der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 7 eine Schnittansicht des axialen Endes des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit dem erfindungsgemäßen Leiterträger,
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Lagerschilds der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtungsträgers,
- 9 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dichtungsträgers,
- 10 eine Schnittansicht des am Lagerschild angeordneten, erfindungsgemä-ßen Dichtungsträgers,
- 11 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dichtungsträgers für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine,
- 12 eine perspektivische Ansicht eines Getriebeanschlusselements einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und
- 13 eine perspektivische Ansicht des an der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine montierten Getriebeanschlusselements.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem ein Stator 3 aufgenommen ist. Der Stator 3 umfasst einen zum Beispiel aus einem Blechpaket gebildeten Statorkern 4 sowie eine mehrere Phasenwicklungen umfassende Statorwicklung 5, welche sich durch den Statorkern 4 erstreckt. Das Gehäuse 2 sowie der Stator 3 sind koaxial entlang einer sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 erstreckenden Längsachse 6 angeordnet. Ferner sind das Gehäuse 2 und der Stator 3 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils hohlzylinderförmig ausgeführt.
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Unter dem Begriff „hohlzylinderförmig“ sind im Sinne der Erfindung auch Formen zu verstehen, welche im Wesentlichen hohlzylinderförmig sind. Beispielsweise können im Wesentlichen hohlzylinderförmige Formen eine unebene innere und/oder äußere Mantelfläche aufweisen. Auch eine leichte Kegelform, also ein sich entlang der axialen Länge geringförmig ändernder Radius, ist möglich.
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Die Leiter der Statorwicklung 5 erstrecken sich an einem ersten axialen Ende 7 des Stators 3 aus diesem heraus und bilden dort einen oder mehrere Wickelköpfe 8. Auch an dem zweiten axialen Ende 9 des Stators 3 bilden die Leiter der Statorwicklung 5 einen oder mehrere Wickelköpfe 8. Die Statorwicklung 5 kann dabei als verteilte Wicklung, zum Beispiel als Wellenwicklung, ausgeführt sein. Auch andere Ausführungen der Statorwicklung 5 sind möglich. Die Anzahl und die Form der Wickelköpfe 8 an den axialen Enden 7, 9 des Stators 3 ist dabei insbesondere von dem Wickelschema der Statorwicklung 5 abhängig.
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Am ersten Ende 7 des Stators 3, welches in 1 auf der rechten Seite liegt, umfasst die elektrische Maschine 1 ein Lagerschild 10, welches an dem Gehäuse 2 beispielsweise über mehrere Schraubverbindungen 11 befestigt ist. Das Lagerschild 10 begrenzt die elektrische Maschine 1 nach außen hin. Auch am zweiten Ende 9 der elektrischen Maschine 1, welches in 1 entsprechend auf der linken Seite liegt, ist ein Lagerschild 12 über mehrere Schraubverbindungen 11 am Gehäuse 2 befestigt.
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Der Stator 3 der elektrischen Maschine 1 umfasst eine Flüssigkeitskühlung. Dazu ist der Stator 3 im Inneren der elektrischen Maschine 1 zumindest teilweise in einem Nassraum 13 eingeschlossen. Der Nassraum 13 wird dabei zumindest teilweise vom Statorkern 4 sowie im Bereich der Wickelköpfe von den Lagerschilden 10, 12 begrenzt. Das Vorsehen des Nassraums 13 ermöglicht den Fluss eines insbesondere flüssigen Kühlmittels durch die Statorwicklung 5, wobei das Kühlmittel insbesondere durch die Nuten im Statorkern 4, in denen die Leiter der Statorwicklung 5 angeordnet sind, und/oder zwischen den Leitern der Statorwicklung 5 strömt.
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Im Luftspalt 14 im Inneren der Maschine 1, welcher den Stator 3 von einem Rotor (hier nicht dargestellt) der elektrischen Maschine 1 trennt, wird der Nassraum 13 durch ein Dichtelement 15 begrenzt. Durch das Dichtelement 15 werden die sich radial durch den Stator und zum Luftspalt 14 hin offenen Nuten des Statorkerns 4 abgedichtet, so dass eine im Nassraum 13 befindliche Kühlflüssigkeit entlang der Statorwicklung 5 strömen kann, ohne in den Luftspalt 14 auszutreten. Vorteilhaft kann der Nassraum 13 beziehungsweise der flüssigkeitsgekühlte Stator 3 somit gegenüber einem Rotor der elektrischen Maschine 1 abgedichtet werden, so dass bei Betrieb der elektrischen Maschine 1 kein Kontakt des Rotors mit dem Kühlmittel auftritt. Dadurch können Planschverluste vermieden werden, was die Effizienz der elektrischen Maschine 1 vorteilhaft steigert.
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Zur Abdichtung des Nassraums 13 ist an dem ersten axialen Ende 7 des Stators 3 ein Leiterträger 16 angeordnet. Der Leiterträger 16 ermöglicht eine Abdichtung gegenüber dem Dichtelement 15 sowie gegenüber wenigstens einer im Bereich des ersten axialen Endes 7 des Stators 3 angeordneten Abdeckung, insbesondere einem separaten Abdeckelement 52, dem Lagerschild 10 und/oder einem Abschnitt des Gehäuses 2. Der Aufbau des Leiterträgers 16 wird nachfolgend in Bezug zu den 3 bis 6 genauer erläutert.
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Das Dichtelement 15 kann bevorzugt als ein Spaltrohr, zum Beispiel aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, ausgeführt sein. Alternativ kann auch eine andere Ausführung des Dichtelements 15 verwendet werden, zum Beispiel eine Ausführung als isolierende Beschichtung, als Klebebeschichtung und/oder als Dichtungsfolie. Das Dichtelement kann eine Dicke zwischen 0,5 mm und 1 mm, beispielsweise von 0,7 mm aufweisen.
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Am zweiten axialen Ende 9 des Stators 3 erfolgt die Abdichtung gegen das Dichtelement 15 über eine Dichtungsanordnung 17, welche an dem Lagerschild 12 befestigt ist. Der Aufbau der Dichtungsanordnung 17 wird nachfolgend in Bezug zu den 8 bis 11 genauer erläutert.
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Am zweiten Ende 9 des Stators 3 ist weiterhin ein Getriebeanschlusselement 18 vorgesehen, welches eine Verbindung der elektrischen Maschine 1 mit einem Getriebe ermöglicht. Zusätzlich kann durch das Getriebeanschlusselement 18 zumindest teilweise eine Einhausung eines mit der elektrischen Maschine 1 gekoppelten Getriebes erfolgen. Das Getriebeanschlusselement 18 wird nachfolgend in Bezug zu den 12 und 13 genauer erläutert.
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Der Stator 3 ist im Inneren der elektrischen Maschine 1 entlang einer Befestigungsebene 19 mit einem Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 verbunden. Das Verbinden des Stators 3 erfolgt durch ein Verkleben des Statorkerns 4 mit dem Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18. Dazu umfasst der Statorkern 4 an seinem ersten axialen Ende 7 einen Isolationsring 21, welcher mit dem Statorkern 4 fest verbunden ist und über welchen der Stator 3 gegen den Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 geklebt werden kann. Der Isolationsring 21 liegt dabei an einer axialen Stirnfläche des Statorkerns 4 an. Auch am gegenüberliegenden, ersten Ende 7 des Stators 3 weist der Stator 3 einen Isolationsring 22, welcher an einer axialen Stirnseite des Statorkerns 4 angeordnet ist, auf.
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In radialer Richtung wird der Stator 3 über zwei Zentrierhülsen 23, 24 an einer Innenseite 25 des hohlzylinderförmigen Gehäuses 2 abgestützt. Die Zentrierhülsen 23, 24 sind dabei als ringförmige Kunststoffelemente ausgeführt und ermöglichen einen Einsatz des Stators sowie dessen Ausrichtung beziehungsweise dessen Positionierung im Gehäuse 2. Ein zwischen den Zentrierhülsen 23, 24 verbleibender Spalt zwischen Statorkern 4 und Gehäuse 2 gewährleistet ausreichende Luft- und Kriechstrecken für die Isolation des Stators 3 gegenüber dem Gehäuse 2. In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, dass der Spalt ein Teil des Nassraums 13 ist und ebenfalls von einem elektrisch isolierenden Kühlmittel durchströmt wird.
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Die Isolationsringe 21, 22 sowie die Zentrierhülse 23, 24 können als separate, jeweils ringförmige Bauteile ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass der Isolationsring 21 und die Zentrierhülse 23 sowie der Isolationsring 22 und die Zentrierhülse 24 jeweils als ein gemeinsames Bauteil mit einem L-förmigen Querschnitt ausgeführt sind. Die Isolationsringe 21, 22 und die Zentrierhülsen 23, 24 bestehen aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, und können zum Beispiel mittels eines Spritzgussverfahrens gefertigt werden.
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Über die Zentrierhülsen 23, 24 wird somit eine elektrisch isolierende, radiale Abstützung des Stators 3 am Gehäuse 2 ermöglicht. Der Isolationsring 21 ermöglicht eine axiale Abstützung des Stators 3 am zweiten axialen Ende 9 des Stators 3, insbesondere gegen das gehäusefest montierte Getriebeanschlusselement 18. Der Isolationsring 22 ermöglicht eine axiale Abstützung des Stators 3 am ersten axialen Ende 7 des Stators 3, vorliegend gegen einen nach radial innen weisenden Abschnitt 88 des Gehäuses 2. Dabei können an dem Abschnitt 88 ein oder mehrere Dichtelemente 89 vorgesehen sein, welche eine Abdichtung des Nassraums 13 an der Kontaktfläche zwischen Stator 3 und Gehäuse 2 entlang des Abschnitts 88 ermöglichen. Eine Befestigung der Isolationsringe 21, 22 und/oder der Zentrierhülsen 23, 24 am Statorkern 4 kann über Verkleben, zum Beispiel mittels eines Epoxidharzes, erfolgen.
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Die isolierende Abstützung des Stators 3 im Gehäuse 2 ermöglicht es vorteilhaft, auf in den Nuten des Stators angeordnete Isolationsmittel wie Isolationspapier oder ähnliches zu verzichten. Der dadurch gewonnene Raum kann für den Fluss des Kühlmittels, beispielsweise eines isolierenden Kühlöls, durch die Nuten bzw. durch die Statorwicklung 5 verwendet werden, so dass vorteilhaft eine Realisierung der Kühlkanäle ohne einen reduzierten Blechquerschnitt des Statorkerns 4 und ohne reduzierte Kupferquerschnitte der Statorwicklung 5 ermöglicht wird. Weiterhin ermöglicht es diese Isolierung, dass alternativ bei einem ungekühlten Stator 3 eine Erhöhung des Füllfaktors bewirkt werden kann.
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In 2 ist der Aufbau der elektrischen Maschine 1 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Neben den bereits in Bezug zu 1 beschriebenen Komponenten der elektrischen Maschine 1 ist weiterhin der Rotor 25 der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Zwischen dem Rotor 25 und dem durch das Dichtelement 15 gebildeten, radial innenliegenden Innenumfang des Stators 3 ist der Luftspalt 14 ausgebildet.
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Weiterhin dargestellt ist ein als Kühlmittelstutzen ausgebildetes Anschlusselement 26, welcher mit einer korrespondierenden Öffnung 27 im Getriebeanschlusselement 18 sowie einer korrespondierenden Öffnung 28 in dem Lagerschild 12 verbunden werden kann, um eine Kühlmittelzufuhr zum Stator 3, beziehungsweise zu dem den Stator 3 umgebenden Nassraum 13 zu ermöglichen. An der elektrischen Maschine 1 können auch ein oder mehrere weitere Stutzen (nicht dargestellt) angeordnet werden, über welche ebenfalls eine Zufuhr oder eine Abfuhr von Kühlmittel zum Nassraum 13 möglich ist.
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Die elektrische Maschine 1 kann zum Beispiel für einen Einsatz als Traktionselektromotor in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Dazu kann die elektrische Maschine 1 für das Erzeugen einer mechanischen Leistung zwischen 50 kW und 500 kW, insbesondere zwischen 100 kW und 200 kW, zum Beispiel von 150 kW, ausgebildet sein
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In 3 ist eine Detailansicht des Leiterträgers 16 der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Der Leiterträger 16 umfasst einen ringförmigen Dichtungsabschnitt 29 sowie einen ringsegmentförmigen Leiterträgerabschnitt 30. Der Dichtungsabschnitt 29 weist eine erste Dichtung 31 sowie eine zweite Dichtung 32 auf. Die erste Dichtung 31 ist dabei an einem ersten axialen Ende 33 des Dichtungsabschnitts 29 angeordnet und in der Montagestellung des Leiterträgers 16 axial zum ersten axialen Ende 7 des Stators 3 gewandt. Die zweite Dichtung 32 ist an dem gegenüberliegenden axialen Ende 34 des Dichtungsabschnitts 29 angeordnet, so dass sie in der Montagestellung des Leiterträgers 16 an der vom Stator 3 abgewandten Seite des Leiterträgers 16, das heißt zum Lagerschild 10 gewandt, angeordnet ist.
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Die erste Dichtung 31 und die zweite Dichtung 32 sind jeweils an einem äußeren Umfang des Dichtungsabschnitts 29 angeordnet. Dabei weist der Dichtungsabschnitt 29 an seinem axialen Ende 34 bzw. an einer äußeren Zylinderfläche 96 im Bereich der zweiten Dichtung 32 einen geringeren Außendurchmesser auf, so dass auch die zweite Dichtung 32 einen geringeren Durchmesser aufweist als die erste Dichtung 31. Der an das axiale Ende 34 angrenzende Abschnitt des Dichtungsabschnitts 29, an dessen Ende 33 die erste Dichtung 31 angeordnet ist, weist entsprechend eine Zylinderfläche 95 mit einem größeren Außendurchmesser als die Zylinderfläche 96 auf.
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Die erste Dichtung 31 und die zweite Dichtung 32 sind jeweils als O-Ring ausgeführt und in eine ringförmige Nut 53 beziehungsweise 54 des Dichtungsabschnitts 29 eingesetzt. Entsprechend der Form der ersten Dichtung 31 und der zweiten Dichtung 32 verlaufen die Nuten 53, 54 ebenfalls ringförmig um den äußeren Umfang des Dichtungsabschnitts 29. Neben einer Ausführung als O-Ring können die erste Dichtung 31 und die zweite Dichtung 32 auch als eine angespritzte Dichtung ausgeführt werden, welche beispielsweise durch das Einspritzen oder Aufdosieren einer Dichtmasse in die Nuten 53, 54 erzeugt werden kann.
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Mit der ersten Dichtung 31 liegt der Dichtungsabschnitt 29 des Leiterträgers 16 an dem Dichtelement 15, welches den Stator 3 gegen den radial innenliegenden Luftspalt 14 abdichtet, an. Die zweite Dichtung 32 liegt zumindest abschnittsweise an einem Abdeckelement (hier nicht dargestellt) an, welche den Leiterträgerabschnitt 30 nach Anordnung des Leiterträgers 16 in der elektrischen Maschine 1 umschließt. Das Abdeckelement ist dabei ebenfalls ringsegmentförmig und erstreckt sich im Wesentlichen über dasselbe Kreissegment wie der Leiterträgerabschnitt 30, so dass die zweite Dichtung 32 mit einem Abschnitt 35 an dem in 3 nicht gezeigten Abdeckelement anliegt. Mit dem verbleibenden Abschnitt 36 der ringförmigen zweiten Dichtung 32 liegt der Dichtungsabschnitt 29 am Lagerschild 10, welches das zweite axiale Ende 9 des Stators zumindest teilweise umschließt, an.
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Es ist möglich, dass sich der Leiterträgerabschnitt 30 über einen größeren oder einen kleineren Teil des Umfangs des Stators 3 beziehungsweise der elektrischen Maschine 1 erstreckt. Auch eine ringförmige Ausführung des Leiterträgerabschnitts 30 ist möglich. Entsprechend vergrößern oder verkleinern die Abschnitte 35, 36, mit welchem der Dichtungsabschnitt 29 an dem Abdeckelement beziehungsweise dem Lagerschild der elektrischen Maschine 1 anliegt. Zusätzlich oder alternativ zu einem direkten Kontakt zwischen der zweiten Dichtung 32 und dem Lagerschild 10 kann auch ein direkter Kontakt zwischen der zweiten Dichtung 32, beziehungsweise ihrem zweiten Abschnitt 36, und einem Abschnitt des Gehäuses 2 vorgesehen sein.
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Durch den Dichtungsabschnitt 29 sowie die erste Dichtung 31 und die zweite Dichtung 32 der Leiterträgers 16 wird eine Abdichtung des Nassraums 13 der elektrischen Maschine 1 bewirkt. Das den Stator umströmende Kühlmittel wird somit innerhalb des Nassraums 13 gehalten, ein Eindringen beziehungsweise eine Leckage des Kühlmittels in den Luftspalt 14 und/oder an den Rotor 25 wird somit vermieden. Auch ein Austreten des Kühlmittels aus dem Inneren der elektrischen Maschine 1 nach außen kann durch den Leiterträger 16, beziehungsweise seinen Dichtungsabschnitt 29, im Bereich des ersten axialen Endes 7 des Stators 3 verhindert werden.
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Der Leiterträgerabschnitt 30 des Leiterträgers 16 umfasst mehrere spaltförmige, radial benachbart zueinander verlaufende, jeweils ringsegmentförmige Aufnahmeabschnitte 37. In den Aufnahmeabschnitten 37 ist in Montagestellung des Leiterträgers 16 jeweils eine Stromschiene (hier nicht dargestellt) angeordnet. Über die Stromschienen können die einzelnen Phasenwicklungen der Statorwicklung 5 miteinander verschaltet werden.
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Zwei benachbart angeordnete Aufnahmeabschnitte 37 sind jeweils durch einen Stegabschnitt 38 getrennt. Dabei ist der Stegabschnitt 38 in axialer Richtung länger ausgeführt als die Stromschienen in den Aufnahmeabschnitten 37, so dass sich eine Luftstrecke und eine Kriechstrecke zwischen den axialen Stirnflächen von benachbart angeordneten Stromschienen vergrößert. Auf diese Weise kann die Isolierung zwischen den in den Aufnahmeabschnitten 37 angeordneten Stromschienen verbessert werden. Es sind dabei sowohl in einen radial äußeren Bereich 39 als auch in einem radial inneren Bereich 40 des Leiterträgerabschnitts 30 jeweils Aufnahmeabschnitte 37 und Stegabschnitte 38 vorgesehen, so dass die zur Verschaltung der Statorwicklung 5 benötigten Stromschienen radial innenliegend und radial außenliegend von einem Aufnahmeraum 41 angeordnet werden können. Der Aufnahmeraum 41 dient zur Aufnahme eines Teils des Wickelkopfs 8 am ersten Ende 7 des Stators 3. Zwischen der ersten Dichtung 31 und der zweiten Dichtung 32 ist eine axiale Auflagefläche 46 vorgesehen, über welche der Dichtungsträger 16 axial zum Beispiel an einem Abschnitt des Gehäuses 2 und/oder am Lagerschild 10 anliegen kann.
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In 4 ist eine Ansicht der zum Stator 3 weisenden Seite des Leiterträgers 16 dargestellt. Dabei weist der Leiterträgerabschnitt 30 eine axiale Anlagefläche 42 auf, mit der der Leiterträger 16 an einer Stirnfläche des Stators 3 an dessen erstem Ende 7 anliegt. Alternativ ist auch ein axiales Anliegen an einem sich in den entsprechenden Bereich erstreckenden Abschnitt des Gehäuses 2 möglich, wobei dieser Abschnitt insbesondere zur Ausbildung einer definierten Ausrichtung des angeordneten Leiterträgers 16 bearbeitet sein kann.
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Der radial außenliegende Abschnitt 43 des Leiterträgerabschnitts 30 weist die Form eines Zylindermantelsegments auf und dient als radiale Zentrierfläche zur Anordnung des Leiterträgers 16 am Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1. Um die Positionierung des Leiterträgers 16 bei der Montage der elektrischen Maschine 1 zu erleichtern, kann der Lagerträger 16 weiterhin eine Verdrehsicherung aufweisen, welche beispielsweise als eine Ausnehmung 44 in Umfangsrichtung ausgeführt sein kann. Auch an weiteren Abschnitten des Leiterträgers 16, z. B. am Innenumfang am zweiten Ende 34 des Dichtungsabschnitts 29, können Zentrierhilfen 45, welche beispielsweise als Ausbuchtungen ausgeführt sind, vorgesehen werden.
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In 5 ist eine weitere perspektivische Ansicht des Leiterträgers 16 dargestellt. In dieser Ansicht sind in den Aufnahmeabschnitten 37 Stromschienen 47 eingesetzt, von denen jeweils mehrere Anschweißlaschen 48 erkennbar sind, welche in axialer Richtung aus dem Leiterträgerabschnitt 30 hervorstehen. Die Aufnahmeabschnitte 37 bilden dabei Positionierbereiche für die Stromschienen 47 aus, so dass eine definierte Zuordnung zwischen den Anschweißlaschen 48 und den Leiterenden der zu verbindenden Phasenwicklungen vorliegt.
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Weiterhin dargestellt sind drei Phasenanschlüsse 49, über welche die eine dreiphasige Wicklung bildenden Wicklungsstränge der Statorwicklung 5 ankontaktiert werden können. Zwischen den Anschweißlaschen 48 der Stromschienen 47 ist weiterhin eine Sternpunktschiene 50 angeordnet, welche die verschiedenen Phasen der Statorwicklung 5 in einer Sternschaltung verbindet.
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In 6 ist der Leiterträger 16 in seiner Montagestellung am Stator 3 dargestellt. Dabei ist der Leiterträger 16 an dem ersten Ende 7 des Stators 3 angeordnet. Ersichtlich liegt der Leiterträger 16 mit der axialen Anlagefläche 42 an einer Stirnfläche 51 des Stators 3 an. Der von der axialen Stirnfläche 51 des Stators 3 in axialer Richtung nach außen hin vorstehende Wickelkopf 8 verläuft innerhalb des Leiterträgerabschnitts 30 in der Aussparung 41. Die axial nach außen weisende Seite des Leiterträgerabschnitts 30 ist durch ein Abdeckelement 52 abgedeckt, welches mit einer ringsegmentförmigen Anlagefläche an seinem Innendurchmesser an dem Abschnitt 35 der zweiten Dichtung 32 anliegt.
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Das Abdeckelement 52 umfasst dazu einen ersten, ringsegmentförmigen Abschnitt 90, welcher den Leiterträgerabschnitt 30 abdeckt, sowie einen ringförmigen zweiten Abschnitt 91, welcher sich entlang des zweiten Abschnitts 36 der zweiten Dichtung 32 erstreckt. An dem Leiterträger liegt das Abdeckelement 52 an einem Abschnitt der axialen Anlagefläche 46 an. Das Abdeckelement 52 ist elektrisch isolierend und kann zum Beispiel als spritzgegossenes Kunststoffbauteil ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass der erste Abschnitt 90 und der zweite Abschnitt 91 als separate Bauteile bzw. Abdeckelemente gefertigt sind und/oder dass der zweite Abschnitt 91 als ein Teil des Lagerschilds 10 und/oder des Gehäuses 2 ausgeführt wird.
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Von dem Leiterträgerabschnitt 30 sind somit bereits nach Anordnung des Abdeckelements 52 nur die Phasenanschlüsse 49 von außen zugänglich. Die Phasenanschlüsse 49 bleiben auch nach Anordnung des Leiterträgers 16 am Lagerschild 10 von außen zugänglich, so dass über die Phasenanschlüsse 49 eine Bestromung der elektrischen Maschine 1 möglich ist. Dazu können im Bereich der Phasenanschlüsse 49 weitere Dichtungen und/oder Dichtelemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche den Nassraum 13 auch an den Phasenabschlüssen 49 abdichten.
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In 7 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Erkennbar ist der Leiterträger 16 zwischen dem Stator 3 und dem Lagerschild 10 angeordnet. Der Leiterträger 16 liegt über die erste Dichtung 31 an dem Dichtelement 15 an. Über die zweite Dichtung 32 liegt der Leiterträger 16 an dem Abdeckelement 52 an. Das Abdeckelement 52 ist seinerseits an dem Lagerschild abgestützt und dort beispielsweise über eine Dichtung 92 abgedichtet. Die Abdichtung des Lagerschilds 10 gegenüber dem Gehäuse erfolgt am radial außenliegenden Ende über eine benachbart zu der Schraubverbindung 11 angeordnete Dichtung 93.
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Die erste Dichtung 31 liegt von radial innen an dem Dichtelement 15 an. Auch die zweite Dichtung 32 liegt von radial innen an dem Abdeckelement 52 an. Vorteilhaft erfolgt die Anordnung des Leiterträgers 16 im Inneren der elektrischen Maschine 1 über zwei Zylinderflächen 95, 96 des Dichtungsabschnitts 29, an welchen jeweils eine der Dichtungen 31, 32 angeordnet ist. Diese Zylinderflächen 95, 96 können vorteilhaft in demselben Verfahrensschritt bzw. derselben Aufspannung des Leiterträgers 16 bearbeitet werden, so dass insbesondere in Kombination mit der vorangehend beschriebenen Verdrehsicherung eine präzise Ausrichtung des Leiterträger 16 erzielt werden kann. Die präzise Ausrichtung verbessert die durch Überdeckung erzeugte Dichtfunktion des Leiterträgers 16. Neben einer radial innenliegenden Abdichtung ist auch eine Abdichtung des Dichtelements 52 durch die erste Dichtung 31 von radial außen möglich. Alternativ ist auch eine axiale oder eine analog zu einer radialen oder axialen Dichtung ausgeführte Abdichtung des Leiterträgers 16 an dem Dichtelement 15 und/oder an dem Abdeckelement 52, dem Lagerschild 10 und/oder einem Abschnitt des Gehäuses 2 möglich.
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Ersichtlich wird durch den Dichtungsabschnitt 29 des Leiterträgers 16, das Abdeckelement 52 sowie das Lagerschild 10 der Nassraum 13 abgedichtet. Neben dem Wickelkopf 8 der Statorwicklung 5 sind ferner auch die Stromschienen 47 und die Sternpunktschiene 50, welche in dem Leiterträgerabschnitt 30 des Leiterträgers 16 verlaufen, innerhalb des Nassraums 13 angeordnet, so dass sie vorteilhaft auch über ein in dem Nassraum 13 zirkulierendes Kühlmittel gekühlt werden können. Weiterhin zu erkennen ist die Verbindung zwischen zwei der Anschweißlaschen 48 und jeweils einem Leiterende 94 einer Phasenwicklung der Statorwicklung 5.
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Eine hinreichende elektrische Isolierung der elektrischen Maschine 1 im Bereich des Leiterträgers 16 wird durch eine Ausführung des Dichtungsabschnitts 29 sowie des Leiterträgerabschnitts 30 aus einem elektrisch isolierenden Material erreicht. Die einzelnen Stromschienen 47 werden gegeneinander zusätzlich durch die Stegabschnitte 38, welche in axialer Länge die Stromschienen 47 überragen, gegeneinander isoliert. Zwischen der Sternpunktschiene 50 und dem axial äußeren Ende des Wickelkopfs 8 sind ausreichende Spalte zur Isolierung vorgesehen. Auch das Abdeckelement 52, welches zumindest den Leiterträgerabschnitt 30 umschließt, ist aus einem elektrisch isolierenden Material ausgeführt und stellt die Isolierung insbesondere zwischen den Anschweißlaschen 48 und dem Lagerschild 10, welches aus einem elektrisch leitfähigen Material wie einem metallischen Werkstoff gefertigt sein kann, sicher. Vorteilhaft kann durch den Leiterträger 16 eine Isolation des Gehäuses 2, des Lagerschilds 10 und des gegebenenfalls elektrisch leitfähig mit weiteren Komponenten über eine Welle verbundenen Rotors 25 auch im Falle eines Defekts einer Wicklungsisolation der Statorwicklung 5 sichergestellt werden.
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In 8 ist eine Detailansicht des im Bereich des zweiten Endes 7 des Stators 3 angeordneten Lagerschildes 12 dargestellt. An dem Lagerschild 12 ist ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 17 angeordnet. Die Dichtungsanordnung 17 umfasst einen ringförmigen Dichtungsträger 55, welcher wenigstens eine Dichtung 56 umfasst, mit der die Dichtungsanordnung 17 an dem Dichtelement 15, welches den Stator gegen den radial innenliegenden Luftspalt abdichtet, anliegt. Die Dichtung 56 verläuft am äußeren Umfang des ringförmigen Dichtungsträgers 55 und liegt somit radial innen an dem Dichtelement 15 der elektrischen Maschine 1 an. Der ringförmige Dichtungsträger 55 ist konzentrisch um eine Öffnung 57 des Lagerschilds 12, in welcher eine Rotorwelle der elektrischen Maschine 1 aufgenommen werden kann, angeordnet. Durch die Dichtungsanordnung 17 erfolgt eine Abdichtung des Nassraums 13 gegenüber dem im trockenen Inneren der elektrischen Maschine 1 angeordneten Rotor 25.
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Der Dichtungsträger 55 ist formschlüssig und kraftschlüssig an dem Lagerschild 12 befestigt und umfasst dazu mehrere, in Umfangsrichtung versetzt angeordnete und in axialer Richtung hervorstehender Rastelemente 58, welche in korrespondierende Aufnahmen 59 des Lagerschilds 12 eingreifen. Die Rastelemente 58 sind insbesondere äquidistant entlang des äußeren Umfangs des Dichtungsträgers 55 angeordnet, so dass eine stabile und sichere Befestigung des Dichtungsträgers 55 an dem Lagerschild 12 ermöglicht wird. Die Rastelemente 58 sind dazu hakenartig oder krallenartig geformt, so dass der Dichtungsträger 55 während der Montage der elektrischen Maschine 1 in axialer Richtung an das Lagerschild 12 geclipst werden kann. Der Dichtungsträger 55 besteht insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material, um einen Isolationsabstand zwischen dem Lagerschild 12 und dem Wickelkopf 8 am zweiten Ende 9 des Stators zu vergrößern.
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Eine Befestigung des Lagerschilds 12 erfolgt über radial nach außen weisende Befestigungsabschnitte 60 des Lagerschilds 12, welche eine Verbindung mit dem Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1 über die in den 1 und 2 dargestellten Schraubverbindungen 11 ermöglicht. Die Befestigungsabschnitte 60 stehen dabei an einer in Montagestellung zum zweiten Ende 9 des Stators 3 gewandten Stirnseite des Lagerschilds 12 radial nach außen ab.
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Die zum Stator 3 gewandte Seite 61 des Dichtelements 55 umfasst mehrere, in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Aussparungen 62. Diese Aussparungen 62 dienen dazu, eine möglichst homogene Materialdicke des Dichtungsträgers 55 zu erreichen, damit beispielsweise eine Fertigung des Dichtungsträgers 55 in einem Spritzgussverfahren erleichtert wird. In den Aussparungen 62 können beispielsweise auch die Anspritzpunkte für das Spritzgussverfahren angeordnet werden, so dass die zum Stator gewandte Seite 61 insbesondere ohne weitere Nachbearbeitung eben ausgeführt werden kann. Dies stellt sicher, dass der Dichtungsträger 55 nicht in Kontakt mit dem im Betrieb rotierenden Rotor 25 der elektrischen Maschine 1 gelangt. Alternativ zu einem Spritzgussverfahren ist auch die Verwendung anderer Fertigungsverfahren, zum Beispiel dem Fräsen aus dem Vollen, für die Herstellung des Dichtungsträgers 55 denkbar.
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In 9 ist der Dichtungsträger 55 dargestellt. Erkennbar sind die Rastelemente 58 äquidistant um den äußeren Umfang an einer Stirnseite des Dichtelements 55 angeordnet. Weiterhin zu erkennen ist die Dichtung 56, welche entlang des zylindermantelförmigen äußeren Umfangs des Dichtelements 55 verläuft. Die Dichtung 56 umfasst einen ersten Dichtungsabschnitt 63, welcher am äußeren Umfang des Dichtungsträgers 55 angeordnet ist und zur Abdichtung gegen das im Inneren des Stators verlaufenden Dichtelement 15 dient.
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Weiterhin umfasst die Dichtung 56 einen zweiten Dichtungsabschnitt 64, welcher am inneren Umfang des Dichtungsträgers 55 angeordnet ist und zur Abdichtung des Dichtungsträgers 55 gegen das Lagerschild 12 dient. Der zweite Dichtungsabschnitt 64 erstreckt sich dabei entlang einer ringscheibenförmigen Zentrierfläche 97, mit der der Dichtungsträger 55 am Lagerschild 12 anliegt und über welche bei der Montage der elektrischen Maschine 1 eine präzise Ausrichtung des Dichtungsträgers 55 und insbesondere auch der am Dichtelement 15 anliegenden Dichtung 56 bzw. ihres ersten Dichtungsabschnitts 63 ermöglicht wird.
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Der erste Dichtungsabschnitt 63 und der zweite Dichtungsabschnitt 64 können beispielsweise in einem Einspritzverfahren gefertigt werden. Dabei kann zum Beispiel ein Elastomer jeweils in ringförmige Nuten 65, 66 des Dichtungsträgers eingespritzt und anschließend ausgeheizt bzw. ausgehärtet werden. Um ein gemeinsames Einspritzen des ersten Dichtungsabschnitts 63 und des zweiten Dichtungsabschnitts 64 zu ermöglichen, können die Nut 65 und die Nut 66 durch einen oder mehrere Verbindungsabschnitte 67 verbunden werden, so dass bei Einlegen des Dichtungsträgers 55 in eine Form ein gleichzeitiges Einspritzen des ersten Dichtungsabschnitts 63 und des zweiten Dichtungsabschnitts 64 der Dichtung 56 ermöglicht wird. Über die Verbindungsabschnitte 67 sind die Nuten 65, 66 dabei korrespondierend verbunden, so dass das eingespritzte Dichtmittel in beiden Nuten 65, 66 die gewünschten Dichtungsabschnitte 63, 64 ausbilden kann.
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Um die axiale Verschiebbarkeit des an der Dichtung 56 bzw. ihrem ersten Dichtungsabschnitt 63 anliegenden Dichtelements 15 zu begrenzen, weist der Dichtungsträger 55 einen aus mehreren radialen Erhebungen gebildeten Anschlag 99 auf, welcher das Dichtelement 15 axial fixiert. Es ist alternativ auch möglich, dass der Anschlag 99 durch eine einzige, ringförmige oder ringsegmentförmige, radiale Erhebung gebildet wird.
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In 10 ist eine Schnittansicht durch das Lagerschild 12 und die Dichtungsanordnung 17 dargestellt, wobei im Bereich der Öffnung 57 auch ein Rotorlager 71, an dem eine mit dem Rotor 25 der elektrischen Maschine 1 verbundene Welle (nicht dargestellt) gegen das Lagerschild 12 gelagert werden kann, abgebildet ist. Ersichtlich erstreckt sich die Dichtung 56 mit ihrem ersten Dichtungsabschnitt 63 durch die Nut 65 und mit dem zweiten Dichtungsabschnitt 64 durch die Nut 66. Die Nuten 65 und 66 sind durch den Verbindungsabschnitt 67 kommunizierend miteinander verbunden, wobei der Verbindungsabschnitt 67 an der radial nach innen weisenden Seite 68 des Dichtungsträgers 55 eine Öffnung 69 aufweist, über welche zum Beispiel das Dichtmaterial in die Nuten 65, 66 und den Verbindungsabschnitt 67 eingespritzt werden kann. Dies ermöglicht es, den bauraumkritischen Anspritzbereich für die Dichtung 56 in einem zurückgesetzten Bereich des Dichtungsträgers 55 anzuordnen. Neben einem Einspritzen der Dichtung 56 können auch andere Verfahren zum Aufbringen der Dichtung 56 mit dem ersten Dichtungsabschnitt 63 und dem zweiten Dichtungsabschnitt 64 verwendet werden, beispielsweise eine Dosierung mit einer Nadel oder ähnliches.
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Erkennbar ist auch der Eingriff des hakenartig geformten Rastelements 58 in die korrespondierende Aufnahme 59 am Lagerschild. Die Rastelemente 58 können beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein und federnd ausgeführt sein, so dass ein Aufclipsen des Dichtungsträgers 55 auf das Lagerschild 12 und insbesondere auch eine Vorspannung im ersten Dichtungsabschnitt 63 zur Abdichtung gegen das Lagerschild 12 ermöglicht wird. Das Lagerschild 12 weist dabei in axialer Richtung vor der Aufnahme 59 einen rampenförmigen Abschnitt 98 auf, so dass die hakenartig oder krallenartig geformten Rastelemente 58 beim Aufschieben des Dichtungsträgers 55 in axialer Richtung auf das Lagerschild 12 aufgefedert werden und anschließend in die Aufnahme 59 einrasten. Die radiale Lage des Dichtungsträgers 55 wird dabei durch eine Zylinderfläche 100 des Lagerschilds 12 sowie die daran anliegende Zylinderfläche 101 des Dichtungsträgers 55 definiert.
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Die Anordnung des Dichtungsträgers 55 zur Halterung der Dichtung 56 hat den Vorteil, dass das Lagerschild 12 zum Beispiel als ein Blech-Stanzbauteil gefertigt werden kann. Die Verwendung des separaten Dichtungsträgers 55 ermöglicht es dabei zum einen, in dem Bereich, welcher besonders nah am Stator beziehungsweise besonders nah am Wickelkopf 8 liegt, ein isolierendes Material anzuordnen und somit die Isolation zwischen dem Stator 3 bzw. der Statorwicklung 5 und dem Lagerschild 12 zu verbessern. Beispielsweise kann auf diese Wiese ein axialen Abstand und ein radialer Abstand zwischen Wickelkopf 8 und Lagerschild 12 von jeweils wenigstens 2,5 mm eingehalten werden. Zum anderen kann der Dichtungsabstand zwischen den axialen Dichtungen an dem Dichtelement 15 der elektrischen Maschine 1 verkleinert werden, da mit Hilfe des Dichtungsträgers 55 die axiale Dichtung 56, bzw. deren erster Abschnitt 63, näher an der Stirnseite 9 des Stators 3 angeordnet werden kann, da die Anordnung nicht durch eine Krümmung des Lagerschilds 12 in einem Bereich 70, welche bei der Fertigung als Blech-Stanzteil prozessbedingt auftreten kann, beeinflusst wird. Vorteilhaft kann durch den Dichtungsträger 55 die Anordnung einer Dichtung direkt am Lagerschild 12, bzw. in dem gekrümmten Abschnitt 70 des Lagerschilds 12, vermieden werden.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine 1 kann der Druck des Kühlmediums in dem Nassraum 13 auf den Außendurchmesser des beispielsweise als Spaltrohr ausgeführten Dichtelements 15 wirken, weshalb dieses zum Ausbeulen nach innen in Richtung des Rotors 25 neigen kann. Die Richtung dieses Ausbeulens ist in 1 durch einen Pfeil 102 dargestellt. Weiterhin dargestellt sind die Dichtstellen 103 und 104, wobei an der Dichtstelle 103 der erste Dichtabschnitt 63 des Dichtungsträgers 17 gegen das Dichtelement 15 abdichtet und an der Dichtstelle 104 die erste Dichtung 31 des Leiterträgers 16. Die axiale Lage der Dichtstellen 103, 104 wird dabei durch jeweils eine strichpunktierte Linie verdeutlicht. Ein verringerter axialer Abstand zwischen den Dichtstellen 103 und 104, an welchen das Dichtelement 15 radial abgestützt ist, versteift das Dichtelement 15 vorteilhaft gegenüber diesem radialen Ausbeulen, so dass ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Dichtelement 15 und dem Rotor 25 oder eine zur Versteifung erforderliche, erhöhte Materialdicke des Dichtelements 15 vorteilhaft vermieden werden können. Neben der in 10 dargestellten Abdichtung des Dichtelements 15 über die Dichtung 56 von radial innen ist auch eine Abdichtung von radial außen denkbar.
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In 11 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Dichtungsanordnung 17 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Leiterträger 55 neben der Dichtung 56 eine weitere Dichtung 72. Die Dichtung 56 ist dabei als ein O-Ring ausgeführt, welcher in der Nut 65 im äußeren Umfang des Dichtungsträgers 55 angeordnet ist. Über die Dichtung 56 erfolgt die Abdichtung des Dichtungsträgers 55 gegenüber dem Dichtelement 15 im Inneren des Stators 3 wie vorangehend beschrieben.
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Die Abdichtung gegen das Lagerschild 12 erfolgt in dem alternativen Ausführungsbeispiel über eine weitere Dichtung 72, welche entsprechend in der radial innen liegenden Nut 66 des Dichtungsträgers 55 angeordnet ist. Auch die weitere Dichtung 72 ist als ein O-Ring ausgeführt, so dass auf die die Nuten 65, 66 kommunizierend verbindenden Verbindungsabschnitte 67 vorteilhaft verzichtet werden kann. In der Schnittdarstellung erkennbar ist weiterhin eine der Aussparungen 62, welche ersichtlich den Effekt einer möglichst homogenen Materialdicke im Querschnitt des Dichtungsträgers 55 ermöglicht.
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In 12 ist eine Detailansicht des Getriebeanschlusselements 18 dargestellt. Das Getriebeanschlusselement 18 ist bevorzugt hohlzylinderförmig und in Montagestellung konzentrisch um die sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 erstreckende Längsachse 6 angeordnet. Das Getriebeanschlusselement 18 umfasst an einer ersten Stirnfläche 73 den ringförmigen oder alternativ ringsegmentförmig ausgeführten Befestigungsabschnitt 20, über den das Getriebeanschlusselement 18 entlang der Befestigungsebene 19 mit der Stirnfläche des Gehäuses 2 und mit dem Stator 3 verbunden ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist es möglich, dass das Gehäuse 2 an der Befestigungsebene 19 befestigt ist und dass die Befestigung des Stators 3 an einer weiteren Befestigungsebene (nicht dargestellt) befestigt ist. Eine Befestigung an zwei, insbesondere parallel zueinander orientierten Befestigungsebenen kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Befestigungsabschnitt 20 zwei axial versetzt zueinander verlaufende Befestigungsflächen aufweist, an denen der Stator 3 und das Gehäuse 2 mit einem axialen Versatz zueinander und insbesondere entlang zweier sich parallel zueinander und orthogonal zur axialen Richtung erstreckenden Befestigungsebenen befestigt werden können.
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Das Getriebeanschlusselement 18 erstreckt sich von der Befestigungsebene 19 aus zu der dem Gehäuse 2 und vorliegend auch dem Stator 3 gegenüberliegenden Seite der Befestigungsebene 19, so wie beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist. Der Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 steht von einem insbesondere hohlzylinderförmigen Mantel 78 des Getriebeanschlusselements 18 nach radial innen ab. In dem Befestigungsabschnitt 20 sind mehrere Öffnungen 74 vorgesehen, über welche das Getriebeanschlusselement 18 mittels der Schraubverbindungen 11 mit dem Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1 verbunden werden kann. Auch die Befestigung des Lagerschildes 12 an dem Gehäuse 2 kann über die Schraubverbindungen 11 beziehungsweise die Öffnungen 74 erfolgen. Dabei liegt das Lagerschild 12 an der der Befestigungsebene 19 gegenüberliegenden Seite 75 des Befestigungsabschnitts 20 an und ist somit in dem Hohlraum im Inneren des Getriebeanschlusselements 18 angeordnet bzw. zumindest teilweise von dem Getriebeanschlusselement 18 umgeben. Zwischen dem Befestigungsabschnitt 20 und dem Lagerschild 12 kann dabei eine Dichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein. In der Mantelfläche des Mantels 78 ist die Öffnung 27 vorgesehen, in welcher wie vorangehend beschrieben das als Kühlmittelstutzen ausgebildete Anschlusselement 26 sowie gegebenenfalls ein Dichtring angeordnet werden können.
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Über die zur Befestigungsebene weisenden Stirnfläche 76 ist der Stator 3 der elektrischen Maschine 1 im montierten Zustand der elektrischen Maschine 1 über eine Klebeverbindung an dem Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 befestigt. Durch den Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 kann dabei vorteilhaft eine ebene Befestigungsfläche für die Klebeverbindung zum Stator 3, insbesondere zu dem Isolationsring 21 an der Stirnfläche am zweiten axialen Ende 9 des Stators 3, bereitgestellt werden. Durch die Klebeverbindung mit dem Befestigungsabschnitt 20 ist der Stator drehmomentfest im Inneren des Gehäuses 2 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Der Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 sorgt somit für die Drehmomentabstützung des Stators 3 der elektrischen Maschine 1. Ferner trägt diese Klebeverbindung sowie eine zwischen dem Lagerschild 12 und dem Befestigungsabschnitt 20 angeordnete Dichtung zu Abdichtung des Nassraums 13 gegenüber dem Rotor 25 sowie der Umgebung der elektrischen Maschine 1 bei. Der Befestigungsabschnitt 20 bewirkt weiterhin eine axiale Positionierung des Getriebeanschlusselements 18 am Gehäuse 2 bzw. am Stator 3.
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Um einen definierten Spalt für den Klebstoff der Klebeverbindung zum Stator 3 bereitzustellen, umfasst der Befestigungsabschnitt 20 an der zum Stator 3 gewandten Seite 76 mehrere Beabstandungsvorsprünge 77, welche beispielsweise äquidistant um den Umfang des Befestigungsabschnitts 20 herum angeordnet sind. Diese Beabstandungsvorsprünge 77 sind beispielsweise als Noppen oder ähnliches ausgeführt und bewirken das Entstehen eines definierten Spalts an der Befestigungsebene 19, so dass ein Klebstoff für die Klebeverbindung zum Stator 3 in definierter Geometrie und Menge zwischen dem Befestigungsabschnitt 17 und dem Stator 3 eingebracht werden kann. Zur verbesserten Ausbildung der Klebeverbindung zwischen dem Statorkern 4 und dem Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 kann beispielsweise eine Plasmaaktivierung des aus Kunststoff bestehenden Isolationsrings 21 durchgeführt werden.
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Zur Befestigung eines Getriebes an dem Getriebeanschlusselement 18 sowie zur Befestigung des Getriebeantriebselements 18 und gegebenenfalls der gesamten elektrischen Maschine 1 an einem Drittgegenstand wie einem Kraftfahrzeug, weist das Getriebeanschlusselement 18 an der dem Befestigungsabschnitt 20 gegenüberliegenden Stirnfläche einen weiteren Befestigungsabschnitt 79 auf. Dieser steht von dem hohlzylinderförmigen Mantel 78 des Getriebeanschlusselements 18 nach radial außen ab.
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Der weitere Befestigungsabschnitt 79 umfasst mehrere Öffnungen 80 zur Aufnahme von Befestigungsmitteln. Dabei können beispielsweise in den Öffnungen 18 Einnietmuttern 81 vorgesehen sein, welche eine Befestigung eines Getriebes an dem Getriebeanschlusselement 18 ermöglichen. Die mehreren Öffnungen 80 des weiteren Befestigungsabschnitts 79 sind in Umfangsrichtung versetzt und dabei bevorzugt äquidistant angeordnet.
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Der Mantel 78 des Getriebeanschlusselements 18 umfasst mehrere radiale Auswölbungen 82, welche jeweils angrenzend an die Öffnungen 74 des Befestigungsabschnitts 20 anliegen. Dies ermöglicht es, dass zur Befestigung des Lagerschildes an dem Getriebeanschlusselement 18 sowie zur Befestigung des Getriebeanschlusselements 18 an dem Gehäuse 2 der elektrischen Maschine 1 ein Schraubwerkzeug zu den in den Öffnungen 74 angeordneten Befestigungsmitteln geführt werden kann. Aufgrund der radialen Auswölbungen 82 entstehen auch radiale Einwölbungen 83, welche entsprechend an die Öffnungen 80 des weiteren Befestigungsabschnitts 79 angrenzen. Dies ermöglicht, dass z. B. zum Einnieten der Einnietmuttern 81 ein Nietwerkzeug von beiden Seiten an den ringförmigen Befestigungsabschnitt 79 geführt werden kann.
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Der weitere Befestigungsabschnitt 79 umfasst zusätzliche Befestigungsbereiche 84, über welche das Getriebeanschlusselement beziehungsweise die gesamte elektrische Maschine 1 an einem Drittgegenstand wie einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann. Die zusätzlichen Befestigungsabschnitte 84 umfassen jeweils eine Öffnung 85, in der ebenfalls eine Einnietmutter 86 angeordnet ist.
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Das Getriebeanschlusselement 18 ist insbesondere aus einem Metallblech, beispielsweise mittels Tiefziehen oder Stanzen, gefertigt. Dies ermöglicht eine einfache Fertigung des Getriebeanschlusselements 18, welches somit separat von dem Gehäuse 2, welches beispielsweise als Aluminiumguss-Bauteil ausgeführt ist, gefertigt werden kann. Dies erleichtert die Fertigung der elektrischen Maschine 1. Die Blechdicke des Getriebeanschlusselements 18 kann insbesondere zwischen 1 mm und 5 mm, beispielsweise 3 mm, betragen.
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In 13 ist das Getriebeanschlusselement 18 in montierter Stellung an dem Gehäuse 3 der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Weiterhin ist das in die Öffnung 27 eingesetzte Anschlusselement 26 abgebildet. Im Inneren des Mantels 78 des Getriebeanschlusselements 18 ist das Lagerschild 12 angeordnet. Erkennbar erfolgt die Befestigung des Lagerschilds 12 über die Schraubverbindungen 11 und die gegenüberliegend der Befestigungsebene 19 angeordnete Seite 75 des Befestigungsabschnitts 20. Weiterhin dargestellt ist eine Rotorwelle 87, welche durch die Öffnung 57 des Lagerschilds 12 geführt und dort über das Rotorlager 71 drehgelagert ist. An diese Rotorwelle 87 kann ein über das Getriebeanschlusselement 18 an der elektrischen Maschine 1 befestigtes Getriebe gekoppelt werden.
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Für eine bevorzugte Montagereihenfolge der elektrischen Maschine 1, welche beispielsweise anhand von 2 ersichtlich ist, bildet das Gehäuse 2 den Ausgangspunkt. In das Gehäuse 2 wird zunächst ein den Stator 3, die Statorwicklung 5, die Isolationsringe 21, 22, die Zentrierhülsen 23, 24 und das Dichtelement 15 umfassender Stator-Unterzusammenbau axial aus einer ersten Richtung eingeschoben. Das Einschieben erfolgt dabei über die in 2 links dargestellte und im montierten Zustand der elektrischen Maschine 1 an dem zweiten axialen Ende 9 des Stators 3 angrenzenden Stirnfläche des Gehäuses 2.
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Zuvor oder anschließend wird ein Klebstoff, vorzugsweise ein Epoxidharz, für die Verbindung zwischen dem Isolationsring 21 und dem Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 auf zumindest einen der beiden Kontaktpartner aufgebracht. Anschließend wird das Getriebeanschlusselement 18 zentriert auf den Isolationsring 21 gesetzt. Durch axiales Einlegen des Lagerschilds 12 und das gemeinsame Verschrauben an dem Gehäuse 2 wird schließlich eine Axialkraft zwischen dem Getriebeanschlusselement 18 und dem Isolationsring 21 aufgebracht, welche zur Ausbildung der adhäsiven Verbindung erforderlich ist. Die übrigen Motorkomponenten, im Wesentlichen der Rotor 25, der Leiterträger 16 und das Lagerschild 10, können danach aus der gegenüberliegenden, zweiten axialen Richtung montiert werden. Alternativ ist auch eine Montage der übrigen Motorkomponenten zu einem früheren Zeitpunkt möglich.
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Die Übertragung des Statormoments im Betrieb der elektrischen Maschine 1 kann über die erste Klebeverbindung zwischen Statorkern 4 und Isolationsring 21 auf den Isolationsring 21 und von dort über die zweite Klebeverbindung auf den als Anlaufscheibe wirkenden Befestigungsabschnitt 20 des Getriebeanschlusselements 18 erfolgen. Von dort kann das Statormoment weiter auf die Verschraubung durch die Befestigungsmittel 11 und schließlich bestimmungsgemäß in das Gehäuse 2 geleitet werden.
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In der fertig montierten elektrischen Maschine 1 wird eine Basisisolation zwischen dem Statorkern 4 und dem Gehäuse 2 bzw. dem gehäusefesten Getriebeanschlusselement 18 durch die Isolationsringe 21, 22, die Zentrierhülsen 23, 24 sowie die wie vorangehend beschrieben erzeugten, ausreichend dimensionierten Luft- und Kriechstrecken erzeugt.
In einer alternativen Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1, des Leiterträgers 16, des Dichtungsträgers 17 und des Getriebeanschlusselements 18 ist es möglich, dass ein außenliegender Rotor am Stator 3 angeordnet wird und sich das Dichtelement 15 radial außen am Stator 3 angeordnet ist. Auch in einem solchen Fall kann die Abdichtung des Dichtelements 15 wie vorangehend beschrieben erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Stator
- 4
- Statorkern
- 5
- Statorwicklung
- 6
- Längsachse
- 7
- erstes axiales Ende
- 8
- Wickelkopf
- 9
- zweites axiales Ende
- 10
- Lagerschild
- 11
- Schraubverbindung
- 12
- Lagerschild
- 13
- Nassraum
- 14
- Luftspalt
- 15
- Dichtelement
- 16
- Leiterträger
- 17
- Dichtungsanordnung
- 18
- Getriebeanschlusselement
- 19
- Befestigungsebene
- 20
- Befestigungsabschnitt
- 21
- Isolationsring
- 22
- Isolationsring
- 23
- Zentrierhülse
- 24
- Zentrierhülse
- 25
- Rotor
- 26
- Anschlusselement
- 27
- Öffnung
- 28
- Öffnung
- 29
- Dichtungsabschnitt
- 30
- Leiterträgerabschnitt
- 31
- erste Dichtung
- 32
- zweite Dichtung
- 33
- erstes axiale Ende
- 34
- zweites axiale Ende
- 35
- Abschnitt
- 36
- Abschnitt
- 37
- Aufnahmeabschnitt
- 38
- Stegabschnitt
- 39
- äußere Bereich
- 40
- innere Bereich
- 41
- Aufnahmeraum
- 42
- axiale Anlagefläche
- 43
- außenliegender Abschnitt
- 44
- Ausnehmung
- 45
- Zentrierhilfe
- 46
- axiale Auflagefläche
- 47
- Stromschiene
- 48
- Anschweißlasche
- 49
- Phasenanschluss
- 50
- Sternpunktschiene
- 51
- Stirnfläche
- 52
- Abdeckelement
- 53
- Nut
- 54
- Nut
- 55
- Dichtungsträger
- 56
- Dichtung
- 57
- Öffnung
- 58
- Rastelement
- 59
- Aufnahme
- 60
- Befestigungsabschnitt
- 61
- Seite
- 62
- Aussparung
- 63
- erster Dichtungsabschnitt
- 64
- zweiter Dichtungsabschnitt
- 65
- Nut
- 66
- Nut
- 67
- Verbindungsabschnitt
- 68
- Seite
- 69
- Öffnung
- 70
- Bereich
- 71
- Rotorlager
- 72
- Dichtung
- 73
- Stirnfläche
- 74
- Öffnung
- 75
- Seite
- 76
- Stirnfläche
- 77
- Beabstandungsvorsprung
- 78
- Mantel
- 79
- Befestigungsabschnitt
- 80
- Öffnung
- 81
- Einnietmutter
- 82
- radiale Auswölbung
- 83
- radiale Einwölbung
- 84
- Befestigungsbereich
- 85
- Öffnung
- 86
- Einnietmutter
- 87
- Rotorwelle
- 88
- Abschnitt
- 89
- Dichtelement
- 90
- erster Abschnitt
- 91
- zweiter Abschnitt
- 92
- Dichtung
- 93
- Dichtung
- 94
- Leiterende
- 95
- Zylinderfläche
- 96
- Zylinderfläche
- 97
- Zentrierfläche
- 98
- rampenförmiger Abschnitt
- 99
- Anschlag
- 100
- Zylinderfläche
- 101
- Zylinderfläche
- 102
- Pfeil
- 103
- Dichtstelle
- 104
- Dichtstelle
