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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stators sowie einen nach dem Verfahren herstellbaren Stator. Der Stator umfasst ein Gehäuse, in dem ein Lamellenpaket und eine Wicklung aufgenommen sind. Die Wicklung ist dabei von einer Verkapselung umgeben.
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Bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung sind Elektrofahrzeuge und/oder Brennstoffzellenfahrzeuge. Der Stator kann insbesondere dem Antrieb einer Strömungsmaschine dienen, mit deren Hilfe die einem Brennstoffzellensystem zugeführte Luft verdichtet wird.
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Stand der Technik
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Bei der Herstellung eines Stators muss eine Anschlussmöglichkeit geschaffen werden, über die der Stator, insbesondere die Wicklung des Stators, an eine externe Stromversorgung anschließbar ist. Da die Wicklung innerhalb eines Gehäuses des Stators aufgenommen ist, muss hierzu das Gehäuse durchdrungen werden. Alternativ kann das Gehäuse ausgespart und im Bereich der Aussparung eine Steckerbaugruppe angeordnet werden. Diese erleichtert den Anschluss des Stators an eine externe Stromversorgung, da über die Steckerbaugruppe eine standardisierte Schnittstelle geschaffen werden kann. Der Anschluss der Steckerbaugruppe mit der Wicklung des Stators kann über Kontaktelemente, wie beispielsweise Kontaktpins, Kontaktbuchsen und/oder Stromschienen, realisiert werden. Anschließend kann die Wicklung verkapselt werden, um diese zu fixieren und vor äußeren Einwirkungen zu schützen.
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Die Herstellung der Verkapselung erfolgt in der Regel mittels Vergießen. Es kann jedoch auch ein Spritz-/Pressprozess eingesetzt werden. Bei der Herstellung der Verkapselung muss durch zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise durch Einlegen von Dichtelementen, sichergestellt werden, dass aufgrund des zum Teil hohen Prozessdrucks keine Verkapselungsmasse nach außen dringt. Dabei gilt es insbesondere den Bereich der Gehäusedurchdringung bzw. -aussparung zur Herstellung des notwendigen elektrischen Anschlusses abzudichten.
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Mit dieser Aufgabe ist die vorliegende Erfindung befasst. Insbesondere soll die Herstellung der Verkapselung vereinfacht werden.
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Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie der Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Herstellung eines Stators mit einem Gehäuse, in dem ein Lamellenpaket und eine Wicklung aufgenommen sind. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Verbinden des Gehäuses mit einer Steckerbaugruppe zur elektrischen Kontaktierung des Stators, wobei die Steckerbaugruppe und das Gehäuse mittels einer eine Nut und eine Feder aufweisenden ineinandergreifenden Geometrie formschlüssig, vorzugsweise form- und kraftschlüssig, verbunden werden,
- - Verkapseln der Wicklung in einem Spritz-/Pressprozess, wobei zur Ausbildung einer Verkapselung eine Verkapselungsmasse in einen Spalt zwischen der Wicklung einerseits und dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe andererseits eingebracht und der Spalt nach außen über die ineinandergreifende Geometrie abgedichtet wird.
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Durch die vorgeschlagene formschlüssige, vorzugsweise form- und kraftschlüssige, Verbindung zwischen der Steckerbaugruppe und dem Gehäuse kann auf ein zusätzliches Dichtelement als Abdichtung bei der Herstellung der Verkapselung verzichtet werden. Der Wegfall des Dichtelements reduziert den Herstellungsaufwand, so dass der Stator einfacher und kostengünstiger herstellbar ist. Zugleich wird über den Formschluss, vorzugsweise über den Form- und Kraftschluss, eine sichere Abdichtung erreicht, die selbst hohen Prozessdrücken standhält.
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Bevorzugt wird daher die die Nut und die Feder aufweisende ineinandergreifende Geometrie anstelle eines Dichtelements zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe eingesetzt. Das heißt, dass auf die Anordnung eines Dichtelements zwischen dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe verzichtet wird. In der Folge reduziert sich die Teilezahl und damit der Montgeaufwand.
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Ferner bevorzugt wird mit Hilfe der die Nut und die Feder aufweisenden ineinandergreifenden Geometrie ein Formschluss in Richtung einer Druckkraft realisiert, die aus dem anliegenden Prozessdruck resultiert. Das heißt, dass die Nut und die Feder in der Weise orientiert sind, dass die Druckkraft auf eine seitliche Flanke der Feder wirkt. Über die Druckraft kann somit eine Verformung der Feder bewirkt werden, welche die Feder gegen eine radial außen liegende Flanke der Nut drückt, so dass die Abdichtung zwischen der Nut und der Feder optimiert wird. Vorteilhafterweise liegt die Feder an beiden Nutflanken nicht flächig, sondern jeweils nur über eine Dichtlinie an, so dass die Verformung der Feder zu einer Erhöhung der Dichtkraft im Kontaktbereich zwischen der Nut und der Feder führt. Zur Ausbildung eines linienförmigen Dichtkontakts kann bzw. können die Nut und/oder die Feder im Querschnitt trapezförmig ausgebildet werden. Sofern die Nut und die Feder im Querschnitt jeweils trapezförmig ausgebildet sind, sind vorzugsweise die jeweiligen Flankenneigungen unterschiedlich groß gewählt.
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Bei der Herstellung der Verkapselung wird vorzugsweise ein Prozessdruck über 100 bar gewählt. Ein hoher Prozessdruck erleichtert das Einbringen der Verkapselungsmasse in den Spalt zwischen der Wicklung des Stators und dem Gehäuse bzw. der Steckerbaugruppe. Insbesondere wird dadurch eine spaltfüllende Einbringung der Verkapselungsmasse gefördert. Die Verkapselung kann beispielsweise mittels Transfer-Moulding als Spritz-/Pressverfahren hergestellt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Verkapselung aus einem duroplastischen Kunststoff, vorzugsweise aus einem Epoxidharz, hergestellt wird. Eine hieraus hergestellte Verkapselung ist temperaturunempfindlich und damit besonders robust. Weiterhin vorzugsweise wird ein niedrigviskoses Kunstharz als Verkapselungsmasse verwendet, da sich auf diese Weise die Wicklung besonders schonend mit der Verkapselungsmasse umhüllen lässt. Denn bei einer niedrigviskosen Masse sind die auf die Wicklung wirkenden Scherkräfte entsprechend klein.
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Darüber hinaus wird ein Stator mit einem Gehäuse vorgeschlagen, in dem ein Lamellenpaket und eine Wicklung aufgenommen sind. Die Wicklung ist dabei von einer Verkapselung umgeben, die radial außen durch das Gehäuse und eine Steckerbaugruppe begrenzt wird, die der elektrischen Kontaktierung des Stators dient und mit dem Gehäuse über eine eine Nut und eine Feder aufweisende ineinandergreifende Geometrie formschlüssig verbunden ist.
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Die den Formschluss bewirkende ineinandergreifende Geometrie zwischen dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe dient der Abdichtung des Gehäuses während eines Spritz-/Pressprozesses zur Herstellung der Verkapselung. Ein zusätzliches Dichtelement ist somit verzichtbar, so dass die Bauteilzahl reduziert wird und die Herstellung des Stators vereinfacht wird. Der Stator kann insbesondere nach dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse die Nut auf und die Steckerbaugruppe weist die Feder auf. Bei der Montage der Steckerbaugruppe wird dann die Feder in die Nut eingeführt. Da die Steckerbaugruppe bevorzugt im Bereich einer Aussparung des Gehäuses eingesetzt wird, kann im Gehäuse einfacher eine Nut als eine Feder realisiert werden. Grundsätzlich kann es jedoch auch umgekehrt sein. In diesem Fall weist das Gehäuse die Feder auf und die Steckerbaugruppe weist die Nut auf.
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Bevorzugt weist das Gehäuse eine Aussparung auf, in welche die Steckerbaugruppe abschnittsweise eingesetzt ist. Über die Aussparung kann ein Kontakt- und Dichtbereich zwischen dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe definiert werden. Die Aussparung ist vorzugsweise im Bereich einer Stirnfläche des Gehäuses ausgebildet, so dass die Steckerbaugruppe von oben oder von unten in die Aussparung einsetzbar ist. Dabei wird die Feder in der Weise in die Nut eingesetzt, dass der gewünschte Formschluss (in Richtung der Druckkraft wirksam) erzielbar ist. Weiterhin vorzugsweise ist die Aussparung umlaufend von der Nut oder der Feder eingefasst, so dass der Kontakt- und Dichtbereich über seine gesamte Länge abgedichtet ist.
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Ferner bevorzugt weist die Steckerbaugruppe einen Flanschabschnitt zur Verbindung mit dem Gehäuse auf. In diesem Fall bildet der Flanschabschnitt die Nut oder die Feder aus. Der Flanschabschnitt erleichtert die Verbindung der Steckerbaugruppe mit dem Gehäuse. Die Form des Flanschabschnitts ist dabei bevorzugt an die Form einer im Gehäuse vorgesehenen Aussparung zur abschnittsweisen Aufnahme der Steckerbaugruppe angepasst, so dass der Kontakt- und Dichtbereich zwischen dem Gehäuse und der Steckerbaugruppe über gegengleich ausgebildete Konturen hergestellt wird.
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Vorteilhafterweise ist bzw. sind die Nut und/oder die Feder im Querschnitt trapezförmig ausgebildet. Die Trapezform ist derart orientiert, dass sich die Nut nach außen hin weitet bzw. sich die Feder zu ihrem Ende hin verjüngt. Diese Ausgestaltung erleichtert das Einsetzen der Feder in die Nut, da sich die Feder selbstständig in Bezug auf die Nut zentriert.
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Des Weiteren bevorzugt weist die Feder ein Pressübermaß gegenüber der Nut auf, so dass beim Einsetzen der Feder in die Nut nicht nur ein Formschluss, sondern ferner ein Kraftschluss erzielt wird. Der Kraftschluss erhöht die Dichtwirkung.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Nut und die Feder einander entlang einer ersten und einer zweiten Dichtlinie kontaktieren. Der lineare Dichtkontakt erhöht die Dichtwirkung, da - insbesondere unter Einwirkung einer auf die Flanken der Nut und der Feder wirkenden Druckkraft - die Dichtkraft zunimmt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch das Gehäuse eines Stators im Bereich einer mit dem Gehäuse verbundenen Steckerbaugruppe,
- 2 eine perspektivische Darstellung der mit dem Gehäuse verbundenen Steckerbaugruppe vor der Herstellung der Verkapselung,
- 3 eine perspektivische Darstellung der Steckerbaugruppe,
- 4 eine perspektivische Darstellung des Gehäuses vor dem Verbinden mit der Steckerbaugruppe und
- 5 eine schematische Darstellung einer ineinandergreifenden Nut und Feder Geometrie zur form- und kraftschlüssigen Verbindung der Steckerbaugruppe mit dem Gehäuse.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Stators 1, der insbesondere als Antrieb einer Strömungsmaschine (nicht dargestellt) einsetzbar ist. Der Stator 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Lamellenpaket 3 sowie eine Wicklung 4 aufgenommen sind. Der elektrische Anschluss ist über eine mit dem Gehäuse 2 verbundene Steckerbaugruppe 5 sowie über stromführende Kontaktelemente 13, wie beispielsweise Stromschienen, realisiert (siehe 2).
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Die Wicklung 4 ist von einer Verkapselung 8 umgeben, die sich in einen Spalt 9 hinein erstreckt, der radial innen von der Wicklung 4 und radial außen von dem Gehäuse 2 und der Steckerbaugruppe 5 begrenzt wird. Da die Verkapselung 8 in einem Spritz-/Pressprozess hergestellt wird, ist die Schnittstelle zwischen dem Gehäuse 2 und der Steckerbaugruppe 5 dicht auszuführen. Denn andernfalls besteht die Gefahr, dass ein Teil der Verkapselungsmasse über die Schnittstelle aus dem Spalt 9 nach außen dringt. Üblicherweise wird die Dichtheit durch ein eingelegtes Dichtelement sichergestellt. Bei dem dargestellten Stator 1 ist jedoch kein Dichtelement eingelegt, sondern die Dichtheit über eine eine Nut 6 und eine Feder 7 aufweisende ineinandergreifende Geometrie sichergestellt.
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Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, bildet die Steckerbaugruppe 5 die Feder 7 aus, und zwar in einem Flanschabschnitt 10, der in eine entsprechende Aussparung 11 des Gehäuses 2 eingesetzt wird (siehe 4). Die Nut 6 ist im Bereich der Aussparung 11 umlaufend ausgebildet, so dass der gesamte Kontaktbereich zwischen dem Gehäuse 2 und dem Flanschabschnitt 10 der Steckerbaugruppe 5 abgedichtet ist. Die die Nut 6 und die Feder 7 aufweisende ineinandergreifende Geometrie verläuft bis zu einer Stirnfläche 14 des Gehäuses 2 (siehe 2 und 4).
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Wie beispielhaft in der 5 dargestellt, können die Nut 6 und die Feder 7 im Querschnitt insbesondere trapezförmig ausgebildet sein. Die Flanken 16 der Nut 6 sind dabei stärker geneigt als die Flanken 17 der Feder 7, so dass die Feder 7 beidseits jeweils über eine Dichtlinie 12 an den Flanken 16 der Nut 6 anliegt. Während der Herstellung der Verkapselung 8 liegt innenumfangseitig am Gehäuse 2 sowie in einem Spalt 15, der zwischen den Flanken 16 und 17 verbleibt, ein Prozessdruck von 100 bar oder mehr an. Dieser führt zu einer Druckkraft F, die zu einer Verformung der Feder 7 führt und diese gegen die Flanke 16 der Nut 6 drückt. Dadurch erhöht sich die Dichtkraft im Bereich der radial außen liegenden Dichtlinie 12. Die Verformung und die damit einhergehende Erhöhung der Dichtkraft können dabei flexibel durch die Höhe H der Feder 7 und/oder deren Eingriffstiefe in die Nut 6 angepasst werden. Durch ein Pressübermaß der Feder 7 gegenüber der Nut 6 auf Höhe der Dichtlinien 12 wird eine plastische Verformung und somit eine initiale Abdichtung erzielt. Durch den Prozessdruck wird die Dichtwirkung im Bereich der radial außen liegenden Dichtlinie 12 erhöht.
