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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
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Elektrische Maschinen der in Rede stehenden Art weisen einen Stator auf, der in einem Gehäuse oder Gehäuseelement befestigt oder angeordnet ist. Diese Anordnung bzw. Befestigung gestaltet sich in der Realität oftmals als nicht unproblematisch. Die im Betrieb tangential auftretenden Kräfte am Stator können so hoch sein, dass herkömmliche Presspassungen keine ideale Lösung darstellen, beispielsweise aufgrund des aufwendigen Fügeprozesses. Eine Herausforderung stellen in diesem Zusammenhang auch die im Betrieb auftretenden Temperaturen dar. Die
DE 10 2006 036 836 A1 schlägt in diesem Zusammenhang einen Elektromotor mit einem Gehäuseteil vor, wobei der Stator mittels zumindest eines Federelements mit dem Gehäuseteil verbunden ist. Dies soll die Montage vereinfachen und einen gewissen Temperatur- sowie Toleranzausgleich ermöglichen, wenn sich der Stator und das Gehäuseteil durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten in ihrer Größe verändern. Der mechanischen Belastbarkeit könnten hier allerdings Grenzen gesetzt sein.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, welche geeignet sind, die bekannten Lösungen weiterzuentwickeln und vor allem zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst eine elektrische Maschine ein Gehäuse sowie einen Stator, welcher sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei der Stator mittelbar über eine Vielzahl von Zwischenelementen in oder an einem Anordnungsbereich, auch Statoröffnung genannt, des Gehäuses befestigt ist, wobei die Zwischenelemente jeweils zweiteilig ausgebildet sind, umfassend ein sich entlang der Längsachse erstreckendes Verformungselement sowie ein Aktivierungselement, welches ausgelegt ist, eine, insbesondere zumindest bereichsweise, radiale Verformung des Verformungselements zu bewirken, wodurch der Stator form- und kraftschlüssig im Gehäuse befestigt ist. Die Verformungselemente sind vorteilhafterweise ausgelegt, eine formschlüssige Verbindung zwischen einem Umfang des Stators sowie dem Anordnungsbereich des Gehäuses zu bewirken sowie die thermischen Verformungen im Betrieb auszugleichen. Mit dem Ausdruck „Stator“ ist bevorzugt das Statorbleckpaket gemeint. Bei dem Gehäuse handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform um ein Gussbauteil, beispielsweise aus einem Leichtmetall, wie Aluminium. Der vorgenannte Anordnungsraum weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine zylindrische oder im Wesentlichen zylindrische Form auf, angepasst an eine Außengeometrie oder Außenkontur des Stators/Statorblechpakets. Das Statorblechpaket umfasst eine Vielzahl von Blechlamellen, welche entlang der Längsachse angeordnet sind und in ihrer Gesamtheit das Blechpaket des Stators bilden. Die Umfangsfläche des Stators bzw. des Statorblechpakets liegt gemäß einer Ausführungsform formschlüssig oder zumindest bereichsweise formschlüssig an dem Anordnungsbereich an. Bevorzugt ist die Anordnung derart gestaltet, dass der Stator gegenüber dem Gehäuse lagefixiert ist, insbesondere in radialer Richtung lagefixiert ist. Die Passung zwischen dem Stator und dem Anordnungsbereich ist hierzu in geeigneter Weise zu wählen. Vorliegend muss die Passung nicht dahingehend ausgelegt werden, eine für den Betrieb ausreichende Fixierung des Stators im Gehäuse zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise wird die Fixierung/Befestigung über die Zwischenelemente bewirkt, welche den Vorteil mit sich bringen, dass deren Verformungselemente radial zur Längsachse verformt werden können, wodurch eine sichere, kraftschlüssige, sowie auch formschlüssige, Verbindung zwischen dem Stator und dem Gehäuse realisiert werden kann. Neben der sicheren Befestigung wird vorteilhafterweise gleichzeitig eine einfache Montage ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind um den Umfang des Stators mehrere Zwischenelemente angeordnet, typischerweise beispielsweise zumindest drei, bevorzugt aber auch eine höhere Anzahl, wie beispielsweise vier, fünf oder insbesondere bevorzugt sechs Zwischenelemente. Die Zwischenelemente erstrecken sich zweckmäßigerweise jeweils über die ganze Länge des Stators entlang der Längsachse. Bevorzugt sind die Zwischenelemente parallel zur Längsachse orientiert. Bevorzugt sind die Zwischenelemente in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet.
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Wie bereits erwähnt, ist das Gehäuse bevorzugt ein Gussbauteil. Zweckmäßigerweise ist der Stator über die Zwischenelemente unmittelbar in dem Gehäuse angeordnet. Mit anderen Worten ist der Stator mittelbar über die Zwischenelemente unmittelbar in dem Gehäuse angeordnet. Auf die Verwendung einer Zwischenhülse oder dergleichen, welche zwischen dem Gehäuse und dem Stator angeordnet wird, kann vorteilhafterweise verzichtet werden. Dies spart Bauraum und senkt das Gewicht. Zudem verringert sich der Fertigungsaufwand, da eine derartige Hülse aufwändig angepasst und in der Regel unter hohem Aufwand in das Gehäuse eingepresst werden muss.
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Gemäß einer Ausführungsform ist umfänglich zwischen dem Stator und dem Anordnungsbereich zumindest ein Kühlkanal gebildet oder geformt. Zweckmäßigerweise kann dies vorliegend aufwandsarm unter anderem über die radiale Größe der Verformungselemente in Kombination mit dem Außendurchmesser des Stators bzw. des Innendurchmessers des Anordnungsbereichs eingestellt werden. Der Anordnungsbereich und der Außenumfang des Stators können zum Formen des zumindest einen Kühlkanals zumindest bereichsweise voneinander beabstandet sein. Die Anbindung des Stators an das Gehäuse kann mit Vorteil zuverlässig allein über die Zwischenelemente realisiert werden. Dem steht nicht entgegen, dass sich der Stator und der Anordnungsbereich zumindest bereichsweise kontaktieren können, sodass die bereits angesprochene Lagefixierung erreicht werden kann. Eine derartige Konfiguration kann auch fertigungstechnisch Vorteile mit sich bringen, da der Anordnungsbereich ggf. nicht vollständig bearbeitet sein muss. Gemäß einer Ausführungsformt weist der Anordnungsbereich einen oder mehrere Funktionsabschnitte auf, welche ausgelegt sind, die Lagefixierung des Stators zu ermöglichen. Diese sind gemäß einer Ausführungsform mittels spanender Bearbeitung erzeugt. Die restlichen Bereiche, abgesehen von den später noch genannten Teilkonturen der Kontaktbereiche, sind gemäß einer Ausführungsform (nach dem Gießen) unbearbeitet.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Positionierung wie auch Zentrierung allein über die Zwischenelemente. Erfolgt die Zentrierung über die Zwischenelemente wird vorgeschlagen, deren Anzahl zweckmäßigerweise zu erhöhen, beispielsweise also nicht drei zu verwenden, sondern zumindest sechs Zwischenelemente. Zur Anordnung des Stators, insbesondere zum Halten, solange die Verformungselemente noch nicht aktiviert sind, ist bei dieser Ausführungsform zweckmäßigerweise eine geeignete Vorrichtung zu verwenden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Gehäuse einen axialen Anschlag auf, an welchem der Stator anliegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stator bzw. das Statorblechpaket bei Raumtemperatur bis zu dem Anschlag in das Gehäuse eingepresst. Sowohl der Anordnungsbereich bzw. der Stator sind hierzu umfänglich entsprechend bearbeitet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden als Aktivierungselemente Schrauben, insbesondere Dehnschrauben, verwendet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verformungselemente sich entlang der Längsachse erstreckende Hülsen, wobei die Aktivierungselemente bevorzugt Schrauben sind, welche durch die Hülsen hindurchragen und mit dem Gehäuse zusammenwirken. In die Löcher der Hülsen werden zweckmäßigerweise also Schrauben eingeführt. Beim Anziehen der Schrauben verformen sich vorteilhafterweise die Verformungselemente, axial, aber insbesondere auch radial, wodurch die form- und kraftschlüssige Verbindung des Stators mit dem ihn umgebenden Gehäuse bewirkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material des Verformungselements ein Metall, wie beispielsweise ein Aluminium- oder Kupferwerkstoff. Alternativ können aber auch Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verformungselement entlang der Längsachse derart unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, dass entlang der Längsachse ein gleichmäßiges radiales Verformungsverhalten bereitgestellt ist. Damit wird sichergestellt, dass der Stator entlang der Längsachse gleichmäßig gehalten ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Verformungselement jeweils mehrteilig ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein derartiges Verformungselement beispielsweise eine Vielzahl von entlang der Längsachse angeordneten Segmenten. Derartige Segmente können sich beispielsweise hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Steifigkeit, Duktilität, Elastizität, ihrem Verformungsverhalten etc. unterscheiden. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, das Verformungsverhalten entlang der Längsachse individuell anzupassen und so beispielsweise auch zu ermöglichen, dass der Abschnitt des Verformungselements, welcher entfernt vom Schraubenkopf positioniert ist, auch eine ausreichende Verformung bereitstellt.
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Zweckmäßigerweise formen das Gehäuse und der Stator zusammen Kontaktbereiche, an welchen die Verformungselemente, insbesondere formschlüssig, angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform weist jedes Einzelblech des Statorblechpakets am Umfang mehrere halbmondförmige Einkerbungen auf, die in Achsrichtung eine Teilkontur der Kontaktbereiche am Statorumfang ausbilden. Der Anordnungsbereich wird entsprechend am Umfang mit einem dazu passenden Kugelfräser in Achsrichtung bearbeitet, wodurch die andere Teilkontur der Kontaktbereiche gebildet wird. Zusammen bilden die Teilkonturen die entsprechenden Kontaktbereiche, in welche die Zwischenelemente, insbesondere die Verformungselemente, angeordnet oder insbesondere eingesteckt werden. Der Querschnitt der Kontaktbereiche entspricht dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, zumindest im Wesentlichen, dem Querschnitt der Verformungselemente.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktbereiche im Querschnitt rund oder im Wesentlichen rund, wie insbesondere kreisrund. Alternativ können aber auch andere Querschnittsformen realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Zwischenelemente auch dazu verwendet werden, in Umfangsrichtung eine Lage des Stators relativ zum Gehäuse sicherzustellen. Dies kann realisiert werden, indem beispielsweise ein Zwischenelement oder ein Verformungselement einen anderen Durchmesser aufweist als die anderen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der Abstand der Zwischenelemente in Umfangsrichtung nicht äquidistant gewählt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Aktivierungselemente, wie insbesondere die Schrauben, genutzt, den Stator in axialer Richtung in dem Gehäuse zu fixieren. Zweckmäßigerweise sind die Schrauben ausgelegt oder angeordnet, (auch) eine axiale Kraft auf den Stator bzw. das Statorblechpaket zu bewirken, sodass dieses axial im Gehäuse gehalten ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Bevorzugte Kraftfahrzeuge sind insbesondere Landfahrzeuge, wie Krafträder, Personenkraftwagen oder auch Nutzfahrzeuge. Hinsichtlich des Typs der elektrischen Maschine gibt es vorliegend keine Einschränkung.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht eines Stators, angeordnet in einem Gehäuse, entlang einer Längsachse gesehen;
- 2: eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung der Wirkung einer Ausführungsform eines Zwischenelements.
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1 zeigt schematisch ein Gehäuse 10, welches sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Das Gehäuse 10 weist einen Anordnungsbereich 12, auch Statoröffnung genannt, auf, an welchem ein Stator bzw. ein Statorblechpaket 20 anliegt. Umfänglich ist zwischen dem Statorblechpaket 20 und dem umgebenden Gehäuse 10 eine Vielzahl von Zwischenelementen 40 vorgesehen bzw. angeordnet. Die Zwischenelemente 40 weisen jeweils ein Verformungselement 42 auf. Bei den Verformungselementen 42 handelt es sich bevorzugt um Hülsen oder hülsenartige Elemente, welche sich entlang der Längsachse L erstrecken. Die Verformungselemente 42 sind in entsprechenden Kontaktbereichen 14 angeordnet. Die Kontaktbereiche 14 werden jeweils durch eine statorseitige Teilkontur 22 bzw. eine gehäuseseitige Teilkontur 16 gebildet. Die jeweiligen Teilkonturen 22 bzw. 16 können auch als Nuten bezeichnet werden. Im Statorblechpaket 20 werden die Teilkonturen 22 beispielsweise mittels Stanzen eingebracht. Die Teilkonturen 16 im Gehäuse sind beispielsweise mittels Fräsen hergestellt. In die Verformungselemente 42 werden Aktivierungselemente (in 1 nicht dargestellt), wie beispielsweise Schrauben, eingeführt, welche es ermöglichen, die Verformungselemente 42 derart radial zur Längsachse L gesehen zu verformen, dass die Verformungselemente 42 radial gegen die Kontaktbereiche 14 gepresst oder gedrückt bzw. gequetscht werden, wodurch ein idealer Form- und/oder Kraftschluss zwischen dem Gehäuse 10 und dem Stator 20 bewirkt oder ermöglicht wird. Dieses Zusammenspiel wird insbesondere mit Bezug auf die 2 deutlich.
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2 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines Stators 20 bzw. eines Statorblechpakets 20 sowie eines Gehäuses 10. Wie bereits aus der 1 bekannt, formen das Gehäuse 10 sowie der Stator 20 einen Kontaktbereich 14, in welchem ein Zwischenelement 40 angeordnet ist. Insbesondere ist ein hülsenförmiges Verformungselement 42 in dem Kontaktbereich 14 angeordnet. In dem Verformungselement 42 ist wiederum ein als Schraube ausgebildetes Aktivierungselement 44 angeordnet. Die Schraube 44 wirkt endseitig mit dem Gehäuse zusammen. Beim Einschrauben der Schraube 44 in das Gehäuse 10 wird das Verformungselement 42 axial, aber insbesondere auch radial verformt, wodurch der Stator 20 sowie das Gehäuse 10 form- und kraftschlüssig zueinander fixiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Anordnungsbereich
- 14
- Kontaktbereich
- 16
- Teilkontur
- 20
- Stator, Statorblechpaket
- 22
- Teilkontur
- 40
- Zwischenelement
- 42
- Verformungselement
- 44
- Aktivierungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006036836 A1 [0002]
