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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine elektronisch kommutierte Maschine, die sich durch eine vorteilhafte Abdichtung der Drähte von Statorwicklungen oder mit den Statorwicklungen verbundener Kontaktelemente im Bereich einer Gehäusewand der elektrischen Maschine auszeichnet. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine.
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Stand der Technik
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Elektronisch kommutierte Maschinen in Innenläufer- oder in Außenläuferbauart sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt. Zur Ansteuerung der einzelnen Phasen sind die Statorwicklungen des Stators typischerweise mit einer elektronischen Schaltung auf einer Leiterplatte o.ä. kontaktiert. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein Zutritt von Medien in den Bereich der elektronischen Schaltung vermieden werden muss, ist es darüber hinaus bekannt, die elektronische Schaltung in einem von den Statorwicklungen separaten Bereich des Gehäuses der Maschine anzuordnen, wobei das Gehäuse hierzu in einer Gehäusewand wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die die Statorwicklungen oder mit den Statorwicklungen verbundene Kontaktelemente hindurchgeführt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektronisch kommutierte Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie auf besonders einfache Art und Weise mit geringen Herstellkosten eine mediendichte Anordnung bzw. Trennung der elektronischen Schaltung von dem Bereich des Stators ermöglicht. Hierzu weist eine elektronisch kommutierte Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 einen Stator auf, dessen Statorwicklungen zumindest mittelbar mit einer elektronischen Schaltung verbunden sind, wobei der Stator und die elektronische Schaltung durch eine wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweisende Gehäusewand voneinander getrennt sind, durch die jeweils ein Draht der Statorwicklung oder mit den Statorwicklungen verbundene Kontaktelemente hindurchgeführt sind, und wobei zwischen der wenigstens einen Durchgangsöffnung in der Gehäusewand und den Drähten der Statorwicklungen oder den Kontaktelementen ein Spalt ausgebildet ist, der zumindest mittelbar durch ein schmelzbares Dichtelement oder eine verformbare Dichtung abgedichtet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektronisch kommutierten Maschine sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Eine erste bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Dichtelement oder die Dichtung auf der der elektronischen Schaltung zugewandten Seite der Gehäusewand angeordnet ist. Eine derartige Lösung ermöglicht es, in einem ersten Montageschritt den Stator bzw. die Statorwicklungen in dem Gehäuse der elektronisch kommutierten Maschine anzuordnen, und anschließend die Drähte der Statorwicklungen durch die wenigstens eine Durchgangsöffnung der Gehäusewand hindurchzuführen, wobei der dem Stator bzw. den Statorwicklungen abgewandte Bereich in der Gehäusewand frei zugänglich ist. Dies erleichtert insbesondere die Anordnung des Dichtelements bzw. der Dichtung.
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Zur Erhöhung der Abdichtwirkung im Bereich der wenigstens einen Durchgangsöffnung der Gehäusewand ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die wenigstens eine Durchgangsöffnung als Stufenbohrung mit wenigstens zwei, unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Bohrungsabschnitten ausgebildet sind, wobei der den größeren Bohrungsdurchmesser aufweisende Bohrungsabschnitt auf der der elektronischen Schaltung zugewandten Seite der Gehäusewand angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung der Durchgangsöffnung ermöglicht insbesondere die Ausbildung einer relativ großen Dichtungslänge (senkrecht zur Ebene der Gehäusewand), wobei der Zutritt von Medien in den Bereich der elektronischen Schaltung durch den geringeren Durchmesser aufweisenden Bohrungsabschnitt erschwert bzw. verringert wird.
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Bezüglich des verwendeten Materials für das Dichtelement ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Dichtelement entweder aus einem (schmelzbaren) Glaswerkstoff oder aus Kunststoff besteht. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, um das Material des Dichtelements in den Dichtungsbereich einzubringen. Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Dichtelement dazu ausgebildet ist, im geschmolzenen Zustand in den Bereich der wenigstens einen Durchgangsöffnung eingebracht zu werden. Eine derartige Lösung ist insbesondere bei beengten Raumverhältnissen von Vorteil, da dann das Material des Dichtelements außerhalb des Dichtungsbereichs aufgeschmolzen werden kann und somit im Dichtungsbereichs (Durchgangsöffnung) keine zusätzliche Wärmequelle erforderlich ist bzw. angeordnet werden muss.
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Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass das Dichtelement dazu ausgebildet ist, als Halbzeug in festem Zustand in Kontakt mit der Gehäusewand gebracht zu werden, um anschließend durch Wärme und/oder mechanischen Druck aufgeschmolzen bzw. verformt zu werden, um die wenigstens eine Durchgangsöffnung zumindest teilweise auszufüllen.
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Eine besonders hohe Abdichtwirkung lässt sich dadurch erzielen, dass die Kontaktflächen zwischen den Drähten der Statorwicklungen oder den Kontaktelementen und/oder den Durchgangsöffnungen mit einer Strukturierung versehen sind/ist. Derartige Strukturierungen, die beispielsweise durch einen chemischen Prozess, durch eine Laserbearbeitung oder auf sonstige geeignete Art und Weise erzeugt werden, bewirken zum einen eine Oberflächenvergrößerung, d.h., dass das aufgeschmolzene Material des Dichtelements in die Strukturierung eindringen kann bzw. ausfüllt und dadurch einen Verzahnungseffektiv erzeugt. Andererseits lassen sich damit beispielsweise auch Materialien, die sich auf sonstige Art und Weise nur schwierig verbinden lassen, durch eine Art Formschlussverbindung verbinden.
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Alternativ zu einem schmelzbaren Dichtelement kann es auch vorgesehen sein, dass eine Dichtung verwendet wird, die als ringförmige Elastomerdichtung ausgebildet ist, und dass die Elastomerdichtung mit einem Presselement zusammenwirkt, das die Elastomerdichtung gegen die wenigstens eine Durchgangsöffnung und den Draht oder das Kontaktelement verpresst.
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Bevorzugt ist es, wenn jeder Draht der Statorwicklung oder jedes Kontaktelement in einer separaten Durchgangsöffnung abgedichtet ist.
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Weiterhin umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschine in Form eines in einem Elektrofahrzeug verwendeten Kompressors.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt in einem vereinfachten Längsschnitt einen Teilbereich eines Gehäuses einer elektrischen Maschine im Bereich von Durchgangsöffnungen, durch die mit Statorwicklungen verbundene Kontaktelemente oder Drähte der Statorwicklungen hindurchgeführt sind, vor dem Abdichten der Durchgangsöffnungen,
- 2 eine Darstellung entsprechend der 1 nach dem Abdichten der Durchgangsöffnungen,
- 3 einen Teilbereich der elektrischen Maschine bei einer modifizierten Gehäusewand in einem Längsschnitt,
- 4 den Teilbereich der elektrischen Maschine gemäß der 3 nach dem Ausbilden einer Dichtung,
- 5 und 6 modifizierte Dichtanordnungen unter Verwendung einer Kunststoffbuchse, jeweils im Längsschnitt und
- 7 und 8 einen Längsschnitt im Bereich einer Durchgangsöffnung an einer Gehäusewand unter Verwendung einer Elastomerdichtung und eines Presselements zur Abdichtung der Durchgangsöffnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In den 1 und 2 ist stark vereinfacht ein Teilbereich einer elektronisch kommutierten Maschine 100, die insbesondere als Bestandteil eines nicht dargestellten Kompressors in einem Elektrofahrzeug dient, gezeigt. Die elektrisch kommutierte Maschine 100 umfasst einen in einem ausschnittsweise dargestellten Gehäuse 10 angeordneten, vereinfacht dargestellten Stator 12 mit drei Statorwicklungen 14, 16, 18 in Form jeweils eines Drahts 20 oder eines mit der jeweiligen Statorwicklung 14, 16, 18 verbundenen Kontaktelements 21, wobei die Statorwicklungen 14, 16, 18 mit einer ebenfalls im Einzelnen nicht gezeigten elektronischen Schaltung 22, die auf einem Schaltungsträger in Form einer Leiterplatte 24 angeordnet ist, verbunden sind. Auch die elektronische Schaltung 22 bzw. die Leiterplatte 24 ist in dem Gehäuse 10 angeordnet, wobei der Bereich der elektronischen Schaltung 22 bzw. der Leiterplatte 24 und der Bereich des Stators 12 innerhalb des Gehäuses 10 durch eine Gehäusewand 26 voneinander getrennt sind. Die Gehäusewand 26 kann als ein von dem Gehäuse 10 separates Element ausgebildet sein, oder aber als ein monolithisch mit dem Gehäuse 10 verbundenes Element.
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Die Drähte 20 der Statorwicklungen 14, 16, 18 bzw. die Kontaktelemente 21 sind mit radialem Spiel bzw. unter Ausbildung von Spalten durch Durchgangsöffnungen 27 bis 29 hindurchgeführt, die in der Gehäusewand 26 ausgebildet sind. Zur mediendichten Anordnung des die elektronische Schaltung 22 bzw. die Leiterplatte 24 aufnehmenden Bereichs des Gehäuses 10 sind die Durchgangsöffnungen 27 bis 29 abgedichtet. Dies erfolgt mittels in der 1 dargestellter, in Form ringförmiger Halbzeuge aus Glaswerkstoff ausgebildeter Dichtelemente 32, die in einem ersten Schritt auf den Außenumfang der Drähte 20 der Statorwicklungen 14, 16, 18 bzw. auf die Kontaktelemente 21 auf der der Leiterplatte 24 zugewandten Seite der Gehäusewand 26 aufgeschoben werden. Insbesondere werden die Dichtelemente 32 danach anschließend in Anlagekontakt mit der Gehäusewand 26 gebracht und entsprechend der Darstellung der 2 durch eine Wärmequelle, beispielsweise durch einen Laserstrahl 34 einer nicht gezeigten Laserstrahlquelle oder eine Induktionsspule 36, über die Schmelztemperatur des Glaswerkstoffs der Dichtelemente 32 erwärmt, sodass der aufgeschmolzene Glaswerkstoff zum Beispiel durch Kapillarwirkung in den ringförmigen Spalt 38 zwischen dem Draht 20 bzw. dem Kontaktelement 21 und der jeweiligen Durchgangsöffnung 27, 28 und 29 eindringt und die Durchgangsöffnung 27, 28 und 29 dadurch abdichtet.
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Ergänzend wird erwähnt, dass es zur Verbesserung der Dichtwirkung bzw. zur verbesserten Haftfähigkeit zwischen dem Dichtelement 32 und dem Draht 20 oder dem Kontaktelement 21 bzw. dem Dichtelement 32 und den Durchgangsöffnungen 27, 28, 29 vorgesehen sein kann, den Draht 20 oder das Kontaktelement 21 und/oder die Durchgangsöffnung 27, 28, 29 zumindest bereichsweise mit einer Strukturierung 40 zu versehen. Eine derartige, aus dem Stand der Technik an sich bekannte und symbolisch im Bereich eines Drahts 20 bzw. eines Kontaktelements 21 in der 2 dargestellte Strukturierung 40 lässt sich vorzugsweise entweder durch einen chemischen Prozess oder aber durch eine Laserstrahleinrichtung o.ä. erzeugen, wobei die Strukturierung 40 beispielsweise eine von einer Nanostruktur überlagerte Mikrostruktur aufweisen kann.
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In der 3 ist der Fall vor dem Aufschmelzen des Dichtelements 32 dargestellt, bei dem die Gehäusewand 26a gegenüber der Gehäusewand 26 in den 1 und 2 in ihrer Wandstärke A vergrößert ausgebildet ist und zwei, unterschiedliche Durchmesser d, D aufweisende Bohrungsabschnitte 41, 42 aufweist. Der den geringeren Durchmesser d aufweisende Bohrungsabschnitt 41 befindet sich auf der der elektronischen Schaltung 22 bzw. der Leiterplatte 24 abgewandten Seite der Gehäusewand 26a.
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In der 4 ist unter Verwendung der Gehäusewand 26a die Verwendung eines (zunächst ringförmig) ausgebildeten Mediums bzw. Dichtelements 32 aus schmelzbarem Kunststoff (anstelle eines Glaswerkstoffs) dargestellt, das mittels eines Heißpresswerkzeugs 45 in den, den größeren Durchmesser D aufweisenden Bohrungsabschnitt 42 eingepresst wird und dabei über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt wird, um den ringförmigen Spalt zwischen dem Draht 20 bzw. dem Kontaktelement 21 und dem Bohrungsabschnitt 41 abzudichten, wobei das Material des Dichtelements 32 bis in den Bereich des den geringeren Durchmesser d aufweisenden Bohrungsabschnitts 41 verdrängt wird bzw. dort eindringt.
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In den 5 und 6 ist der Fall dargestellt, dass eine aus Kunststoff bestehende Hülse als Dichtelement 32 in einem ersten Schritt in den Bohrungsabschnitt 42 eingebracht wird und entsprechend der 6 in einem zweiten Schritt mittels des Heißpresswerkzeugs 45 erwärmt bzw. verpresst wird, sodass das Material des Kunststoffs die beiden Bohrungsabschnitte 41, 42 abdichtet.
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Zuletzt ist in den 7 und 8 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der eine Gehäusewand 26b, die ebenfalls zwei Bohrungsabschnitte 41, 42 mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmesser d, D aufweist, im Bereich des Drahts 20 bzw. des Kontaktelements 21 mittels eines Dichtelements 32 in Form einer Elastomerdichtung 48 abgedichtet wird. Die ringförmige Elastomerdichtung 48 wird mittels eines kappenförmigen Presselements 50, das mit der Gehäusewand 26b zusammenwirkt, in axialer Richtung verpresst, wobei es unter radialer Ausdehnung sowohl am Außenumfang des Drahts 20 bzw. des Kontaktelements 21, als auch am Innenumfang des Bohrungsabschnitts 41 anliegt und die entsprechenden Bereiche abdichtet.
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Die soweit dargestellten Abdichtkonzepte können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass alle Drähte 20 oder alle Kontaktelemente 21 durch eine einzige Durchgangsöffnung 27, 28, 29 hindurchgeführt sind, also nicht wie im Rahmen der Ausführungsbeispiele erläutert, dass jeder Draht 20 bzw. jedes Kontaktelement 21 in einer separaten Durchgangsöffnung 27, 28, 29 angeordnet ist. Wesentlich ist, dass der Durchgangsbereich zwischen den Durchgangsbohrungen 27, 28, 29 und dem Draht 20 bzw. dem Kontaktelement 21 an der Gehäusewand 26, 26a, 26b unmittelbar, d.h., ohne weitere Zusatzelemente, alleine mittels des schmelzbaren Dichtelements 32 bzw. der Dichtung 48 abgedichtet ist.
