DE102022208482A1

DE102022208482A1 - Schaltring für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102022208482A1
Application number: DE102022208482.9A
Authority: DE
Inventors: Christoph Wieder; Andreas Hesler; Jochen Wittmann; Sebastian Baumgart; Marcel Werner; Tobias Schrenk; Martin Botsch; Katja Willacker; Roland Lindwurm; Thorsten Eckart
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Schaltring (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Schaltring (1) dazu ausgebildet ist, in den Schaltring (1) gespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben, welcher Schaltring (1) wenigstens zwei Schaltringsegmente (2-5) aufweist, die mittels einer Schweißverbindung verbunden sind, wobei wenigstens ein Schaltringsegment (2-5) in einem in einem Montagezustand dem wenigstens einen weiteren Schaltringsegment (2-5) zugewandten Stoßbereich (6, 7) einen gegenüber einer Stirnflächenebene (12, 13) des Schaltringsegments (2-5) eingetieften Bereich (14-17) für ein Schweißmittel (20) aufweist, wobei bei hergestellter Schweißverbindung das Schweißmittel (20) innerhalb des durch die Stirnflächenebene (12, 13) begrenzten Bereichs (14-17) vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltring für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Schaltring dazu ausgebildet ist, in den Schaltring gespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben, welcher Schaltring wenigstens zwei Schaltringsegmente aufweist, die mittels einer Schweißverbindung verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiter eine elektrische Maschine mit zumindest einem solchen Schaltring, ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltrings.
Schaltringe für elektrische Maschinen, im Speziellen elektrische Maschinen in Kraftfahrzeugen bzw. als Traktionsantrieb von Kraftfahrzeugen ausgebildete elektrische Maschinen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und werden dazu verwendet, einen Strom, der zentral in den Schaltring gespeist wird, auf die einzelnen Spulen der elektrischen Maschine, insbesondere in einem Stator der elektrischen Maschine angeordnete Spulen, zu verteilen bzw. auszugeben. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass die Spulen der elektrischen Maschine nicht einzeln kontaktiert werden müssen, sondern die Kontaktierung gemeinsam über den Schaltring vorgenommen werden kann. Hierbei kann eine Baugruppe mit mehreren Schaltringen vorgesehen sein, wobei jeweils ein Schaltring eine Gruppe bzw. Untergruppe von Spulen kontaktiert, sodass beispielsweise über einen ersten Schaltring erste Spulen, einen zweiten Schaltring zweite Spulen und über ein dritten Schaltring dritte Spulen mit Strom versorgt werden können.
Um den Schaltring auszubilden, ist es bekannt, diesen aus einzelnen Schaltringsegmenten, herzustellen, die miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt werden. Beim Verschweißen der Schaltringsegmente entstehen bei Schweißvorgängen übliche Scheißbahnen, die Aufwerfungen bzw. „Wülste“ bilden, die den Bereich der Schweißnaht bzw. Schweißbahn aufdicken und somit gegenüber einer Stirnflächenebene des Schaltrings hervorstehen. Da die Schaltringe zu Isolationszwecken üblicherweise umspritzt werden, kann sich eine solche Schweißnaht in die Umspritzung einarbeiten bzw. die effektive Dicke der Umspritzung im Bereich der Schweißnaht reduzieren. Wird der Schaltring zusammen mit weiteren Schaltringen in einem Paket bzw. einer Baugruppe verpresst, kann so beispielsweise eine Schwächung der Umspritzung entstehen. Um dies zu vermeiden, wird die Aufwerfung bzw. Aufdickung mechanisch abgetragen, was zum einen einen aufwendigen zusätzlichen Arbeitsschritt bedeutet und zum anderen eine Kontamination mit Metallspänen verursachen kann, die wiederum einen zusätzlichen Reinigungsprozess erforderlich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen demgegenüber verbesserten Schaltring für eine elektrische Maschine anzugeben, bei dem insbesondere die Verbindung zweier Schaltringsegmente miteinander verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch einen Schaltring mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung einen Schaltring für eine elektrische Maschine, zum Beispiel eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Der Schaltring ist dazu ausgebildet, einen Strom zu empfangen, d.h., dass ein Strom in den Schaltring gespeist werden kann. Der in den Schaltring eingespeiste Strom wird durch den Schaltring an dem Schaltring zugeordnete und mit diesem verbundene Spulen der elektrischen Maschine ausgegeben, insbesondere eine Gruppe von dem Schaltring zugeordneten Spulen. Der Schaltring kann hierzu wenigstens einen Stromeingang aufweisen und wenigstens einen Stromausgang für die wenigstens eine zu kontaktierende bzw. zu versorgende Spule. Hierbei kann insbesondere eine Baugruppe ausgebildet werden, die mehrere Schaltringe aufweist, um Strom in mehrere verschiedene Gruppen von Spulen auszugeben. Beispielsweise kann die Baugruppe drei Schaltringe aufweisen.
Der Schaltring ist aus wenigstens zwei Schaltringsegmenten hergestellt bzw. weist der Schaltring wenigstens zwei Schaltringsegmente auf, die mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wenigstens ein Schaltringsegment in einem in einem Montagezustand dem wenigstens einen weiteren Schaltringsegment zugewandten Stoßbereich einen gegenüber einer Stirnflächenebene des Schaltringsegments eingetieften Bereich für ein Schweißmittel aufweist, wobei bei hergestellter Schweißverbindung das Schweißmittel innerhalb des durch die Stirnflächenebene begrenzten Bereichs vorhanden ist. Mit anderen Worten schlägt die Erfindung vor, einen Bereich für das Schweißmittel vorzusehen, in dem das Schweißmittel aufgenommen bzw. bei hergestellter Schweißverbindung vorhanden und angeordnet sein kann. Im Speziellen kann dabei vorgesehen sein, dass das Schweißmittel ausschließlich in dem Bereich aufgenommen bzw. vorhanden ist, d.h. nicht außerhalb des durch die wenigstens eine Stirnflächenebene oder zwei gegenüberliegende Stirnflächenebenen definierten Bereichs oder Schweißmittelraums vorhanden bzw. während des Schweißprozesses aufgenommen ist oder aufgenommen wird. Der Bereich ist so in den Stoßbereich eingetieft, dass bei hergestellter Schweißverbindung der Aufwurf nicht über die Stirnflächenebene hinausragt und somit keine Schwächung bzw. Einarbeitung in eine Umspritzung des Schaltrings auftreten kann. Die Aufnahme des Schweißmittels erfolgt daher bevorzugt ausschließlich in dem durch die wenigstens eine Stirnflächenebene begrenzten Bereich, insbesondere in den zwischen zwei Stirnflächenebenen begrenzten Schweißmittelräumen.
Der beschriebene Bereich kann daher auch als Schweißmittelbereich bzw. Aufnahmebereich bezeichnet oder erachtet werden, da in ihm das Schweißmittel vorliegt bzw. das Schweißmittel im Schweißprozess aufgenommen wird. Das Schweißmittel übersteigt den Aufnahmebereich bevorzugt nicht bzw. nicht wesentlich, sodass Aufwerfungen über die Stirnflächenebene des Schaltringsegments hinaus verhindert werden können. Der Schaltring kann in seinem montierten Zustand grundsätzlich Ringform, insbesondere Ringscheibenform bzw. Lochscheibenform aufweisen, wobei sich der Schaltring zwischen einem Innenradius und einem Außenradius erstreckt, d.h. zwischen seiner Mittelachse oder seinem Mittelpunkt und dem Innenradius ein Loch gebildet ist und sich der Schaltring entsprechend zwischen dem Innenradius und dem Außenradius ausbildet. Als Schweißmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere sämtliche geeigneten Schweißzusatzwerkstoffe verstanden.
Der Schaltring erstreckt sich geometrisch somit senkrecht von seiner Mittelachse, die eine Symmetrieachse betreffen kann, radial zwischen dem Innenradius und dem Außenradius. Als Stirnflächen werden diejenigen Flächen des Schaltrings verstanden, die senkrecht zu der Mittelachse ausgerichtet sind. Es werden insbesondere diejenigen Flächen als Stirnflächen verstanden, die im verbauten Zustand in Richtung der Spulen der elektrischen Maschine zeigen bzw. deren Flächennormalen parallel zu der Drehachse der elektrischen Maschine zeigen. Die Flächennormalen der Stirnflächen stehen dabei senkrecht auf der Radialrichtung. Entsprechend wird als Stirnflächenebene diejenige Ebene verstanden, in der die Stirnfläche des Schaltrings liegt.
Der Stoßbereich eines Schaltringsegments wird als derjenige Bereich verstanden, in dem das Schaltringsegment mit dem zu verbindenden oder verbundenen weiteren Schaltringsegment in Anlage steht bzw. in diesem Bereich mit dem weiteren Schaltringsegment verbunden wird. Zwei miteinander verbundene Schaltringsegmente weisen somit einander zugewandte Stoßbereiche auf, in denen die Schaltringsegmente miteinander verbunden sind. Wie beschrieben, wird gemäß vorliegender Erfindung ein Bereich für das Schweißmittel geschaffen, in dem der Stoßbereich eines der Schaltringsegmente gegenüber der Stirnflächenebene der Stirnfläche des Schaltringsegments eingetieft ist. Mit anderen Worten springt die Geometrie des Schaltringsegments in dem Stoßbereich gegenüber der Stirnflächenebene zurück, insbesondere in Richtung einer Mittelebene des Schaltrings, sodass sich der Bereich ausbildet, in dem bei dem Schweißvorgang zur Verbindung der Schaltringsegmente das Schweißmittel aufgenommen werden kann.
Da der Bereich für die Aufnahme des Schweißmittels somit gegenüber der Stirnflächenebene zurückversetzt ist, kann dort Schweißmittel aufgenommen und aufgeworfen werden, ohne dass dieser Aufwurf die Umspritzung negativ beeinflusst. Der Bereich ist insbesondere so gewählt, dass nach Abschluss des Schweißvorgangs das darin aufgenommene und aufgeworfene Schweißmittel nicht über die Stirnflächenebene hinausragt. Der Bereich kann somit für die zu erwartende Ausbildung der Schweißnaht bzw. die Aufwerfung oder Wulst definiert werden. Der Bereich kann beispielsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm, im Speziellen zwischen 0,3 und 0,4 mm gegenüber der Stirnflächenebene eingetieft sein. Die Formgebung der Eintiefung kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, diese kann zum Beispiel linear, konvex oder konkav verlaufen.
Nach einer Ausgestaltung des Schaltrings kann vorgesehen sein, dass ein, insbesondere im Querschnitt V-förmiger, Schweißmittelraum durch zwei Aufnahmebereiche zweier aneinander anliegender Stoßbereiche miteinander zu verschweißender Schaltringsegmente gebildet ist. Nach dieser Ausgestaltung können zwei im montierten Zustand mit ihren Stoßbereichen benachbarte Schaltringsegmente einen eingetieften Bereich für die Aufnahme von Schweißmittel aufweisen bzw. den Bereich aufweisen, in dem Schweißmittel vorhanden ist, welches Schweißmittel nicht über die Stirnflächenebene hinausragt, sondern innerhalb des durch die Stirnflächenebene begrenzten Bereichs vorhanden ist. Wird der Stoßbereich bzw. die aneinander anstehenden Stoßbereiche im Querschnitt betrachtet, insbesondere entlang der Schweißnaht bzw. in Richtung des Schweißnahtverlaufs, bilden die beiden aneinander anstehenden Bereiche eine V-Form aus.
Der beschriebene Schaltring kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass wenigstens ein Schaltringsegment einen Stoßbereich mit zwei an gegenüberliegenden Stirnflächen angeordnete Bereiche aufweist und/oder bei hergestellter Schweißverbindung zwei, insbesondere im Querschnitt V-förmige, Schweißmittelräume durch jeweils zwei auf gegenüberliegenden Stirnseiten angeordnete Bereiche zweier aneinander anliegender Stoßbereiche miteinander zu verschweißender Schaltringsegmente gebildet sind. Grundsätzlich kann der Schweißmittelraum auch als Aufnahmeraum ausgebildet sein oder als solcher bezeichnet werden, da in dem Schweißmittelraum Schweißmittel aufgenommen ist bzw. während der Herstellung des Schaltrings aufgenommen werden kann. Dementsprechend können die Bereiche auch als Aufnahmebereiche bzw. Schweißmittelbereiche verstanden werden, da in diesen Schweißmittel aufgenommen werden kann bzw. aufgenommen ist.
Nach der beschriebenen Ausgestaltung kann ein Schaltringsegment an einem Stoßbereich bzw. beiden Stoßbereichen des Schaltringsegments jeweils einen zuvor beschriebenen eingetieften Bereich an beiden Stirnflächen aufweisen. Im Querschnitt betrachtet kann der Stoßbereich daher ebenfalls V-förmig ausgeführt sein. Werden zwei derartige Schaltringsegmente miteinander verbunden, treffen die beiden Stoßbereiche, die jeweils einen eingetieften Bereich an beiden Stirnflächen aufweisen, aufeinander, sodass Schweißmittelräume ausgebildet werden, die aus den beiden in Umfangsrichtung benachbarten Bereichen der Schaltringsegmente gebildet werden. Ein solches Schaltringsegment hat somit an beiden Stirnflächen eingetiefte Bereiche, die im Querschnitt betrachtet V-förmig ausgebildet sind. Die V-förmigen Bereiche an den Stoßbereichen bilden somit von der Stirnflächenebene aus in Richtung des Stoßbereichs zulaufende, d.h. keilförmige, Querschnitte aus. Die Stoßbereiche der benachbarten miteinander verbundenen Schaltringsegmente liegen im montierten Zustand aneinander an und bilden daher Schweißmittelräume aus, in denen das Schweißmittel angeordnet ist bzw. aufgenommen ist oder aufgenommen werden kann. Die V-förmige Kontur kann somit beidseitig an den Stoßbereichen ausgebildet sein und somit eine Doppel-V-Form bzw. Doppel-Y-Form ausbilden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Schaltrings kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Bereich wenigstens eines Schaltringsegments in wenigstens einem Abschnitt von einer radialen Ausrichtung abweicht, insbesondere wenigstens eine Krümmung aufweist. Der zuvor beschriebene Bereich kann in einer ersten Alternative im Wesentlichen geradlinig in Radialrichtung verlaufen, wobei nach der beschriebenen Ausgestaltung auch eine Ausrichtung des Bereichs möglich ist, die von einer rein radialen Ausrichtung abweicht, d.h., dass der Bereich wenigstens eine Krümmung aufweisen kann. Durch die Formung des Bereichs wird letztlich der Verlauf der Schweißnaht festgelegt, die die wenigstens zwei Schaltringsegmente miteinander verbindet. Wird der Bereich beispielsweise rein radial an dem Schaltringsegment ausgebildet, führt dies zu einer geradlinigen in Radialrichtung verlaufenden Schweißnaht. Durch das Ausbilden des gekrümmten Bereichs bzw. des von der rein radialen Ausrichtung abweichenden Bereichs, verläuft auch die Schweißnaht nicht ausschließlich in Radialrichtung, sondern weist einen dementsprechend gekrümmten Verlauf auf. Die Krümmung erstreckt sich somit teilweise in Radialrichtung und teilweise in Umfangsrichtung des Schaltringsegments. Der Bereich kann insbesondere mehrere, beispielsweise gegenläufige, Krümmungen aufweisen.
Durch die Ausbildung des Bereichs abweichend von einer rein radialen Ausrichtung kann die Länge der Schweißnaht erhöht werden, da diese nicht auf dem kürzesten Weg zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des Schaltrings verläuft, sondern wenigstens eine Krümmung aufweist, die dementsprechend die Länge der Schweißnaht erhöht. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass die Schweißnaht auf einer größeren Länge ausgebildet wird und damit die mechanische Stabilität der Schweißnaht erhöht wird. Ebenso bietet dies den Vorteil, dass beim Herstellen der Schweißnaht ein größerer Strom verwendet werden kann bzw. ein geringerer Widerstand vorliegt, da letztlich die Fläche, auf der die Schweißnaht hergestellt wird, vergrößert wird.
Wie beschrieben, kann der wenigstens eine Bereich des Schaltringsegments, in dem das Schweißmittel angeordnet ist bzw. aufgenommen ist oder aufgenommen werden kann, mehrere Krümmungen aufweisen. Nach einer speziellen Ausgestaltung kann der wenigstens eine Bereich wenigstens einen S-förmigen Abschnitt aufweisen. Der Bereich kann insbesondere symmetrisch ausgeführt sein, d.h., dass eine erste Krümmung gegengleich zu einer zweiten Krümmung ausgeführt ist. Dadurch können die Schaltringsegmente insbesondere als Gleichteile ausgeführt sein bzw. können wenigstens zwei verschiedene Geometrien verwendet werden, um die Bereiche korrespondierender Schaltringsegmente auszubilden.
Wie eingangs beschrieben, werden die wenigstens zwei Schaltringsegmente des Schaltrings durch Herstellen einer Schweißverbindung miteinander verbunden. Die Schweißverbindung zur Verbindung der wenigstens zwei Schaltringsegmente des Schaltrings kann durch wenigstens einen ersten Schweißschritt und einen, insbesondere nach dem ersten Schweißschritt ausgeführten, zweiten Schweißschritt ausgeführt sein bzw. ausgeführt werden, welcher erste Schweißschritt von einer ersten Stirnseite und welcher zweite Schweißschritt von einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Schaltrings ausgeführt ist bzw. ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann die Schweißverbindung zweistufig bzw. in zwei Schweißschritten hergestellt werden bzw. wenigstens zwei Schweißschritte umfassen.
Hierzu wird zunächst ein erster Schweißschritt ausgeführt, der von einer, beliebig wählbaren, ersten Stirnseite aus durchgeführt wird. Hierbei werden die beiden Schaltringsegmente mit ihren Stoßbereichen aneinander angelegt und die Schweißverbindung von der ersten Stirnseite her ausgeführt, sodass Schweißmittel in den wenigstens einen Bereich für die Aufnahme des Schweißmittels an den Stoßbereichen eingebracht und die beiden Schaltringsegmente miteinander verschweißt werden. Anschließend wird der zweite Schweißschritt von der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite aus durchgeführt. Hierbei kann insbesondere das Schweißmittel, das von dem ersten Bereich auf der ersten Stirnseite durch den Spalt zwischen den beiden Stoßbereichen auf die zweite Stirnseite geflossen ist, in dem zweiten Schweißschritt aufgeschmolzen und die beiden Schaltringsegmente miteinander verschweißt werden.
Der beschriebene Schaltring kann dahingehend weitergebildet werden, dass in dem ersten Schweißschritt Schweißmittel in einen auf der ersten Stirnseite angeordneten ersten Bereich oder ersten Schweißmittelraum eingebracht ist bzw. eingebracht wird und aus dem ersten Bereich in wenigstens einen auf der zweiten Stirnseite angeordneten zweiten Bereich oder zweiten Schweißmittelraum geflossen ist, wobei in dem zweiten Schweißschritt ein Glättschweißen des Schweißmittels in dem zweiten Bereich oder zweiten Schweißmittelraum durchgeführt ist bzw. durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird der erste Schweißschritt von der ersten Stirnseite ausgeführt und dabei Schweißmittel in den ersten Bereich oder den ersten Schweißmittelraum eingebracht, welches eingebrachte Schweißmittel durch den Spalt zwischen den beiden Stoßbereichen auch in den zweiten Bereich bzw. den zweiten Schweißmittelraum fließt. In dem zweiten Schweißschritt kann das während des ersten Schweißschritts in den zweiten Bereich oder zweiten Schweißmittelraum geflossene Schweißmittel aufgeschweißt werden, insbesondere ein Glättschweißen durchgeführt werden, durch das das Schweißmittel in dem zweiten Bereich oder dem zweiten Schweißmittelraum geglättet wird. Dadurch wird in beiden Bereichen bzw. beiden Schweißmittelräumen sichergestellt, dass sich eine glatte Schweißnaht ergibt, die nicht über den Bereich bzw. den Schweißmittelraum und somit nicht über die jeweilige Stirnflächenebene hinausragt.
Für das Ausführen des ersten Schweißschritts und des zweiten Schweißschritts können grundsätzlich beliebige Parameter gewählt werden. Nach einer besonderen Ausgestaltung des Schaltrings kann vorgesehen sein, dass der zweite Schweißschritt gegenüber dem ersten Schweißschritt mit geringerer Leistung und/oder geringerer Temperatur ausgeführt ist bzw. ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann zunächst der erste Schweißschritt mit einer definierten Leistung und Temperatur ausgeführt werden. Da der zweite Schweißschritt das Schweißmittel, das in dem ersten Schweißschritt eingebracht wurde und in den zweiten Bereich bzw. zweiten Schweißmittelraum geflossen ist, glattschweißen soll, kann gegenüber dem ersten Schweißschritt mit einer geringeren Leistung und/oder einer geringeren Temperatur geschweißt werden, um das Schweißmittel glatt zu schweißen.
Neben dem Schaltring betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit wenigstens einem zuvor beschriebenen Schaltring und betrifft noch weiter ein Kraftfahrzeug, umfassend eine derartige elektrische Maschine. Die elektrische Maschine kann insbesondere mehrere solcher Schaltringe aufweisen, die zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Die einzelnen Schaltringe können dabei umspritzt und so gegeneinander abgedichtet bzw. isoliert und miteinander gepackt bzw. gegeneinander verpresst sein. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltrings für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Schaltring dazu ausgebildet ist, in den Schaltring gespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben, welcher Schaltring durch eine Schweißverbindung wenigstens zweier Schaltringsegmente hergestellt wird, wobei wenigstens ein Schaltringsegment in einem in einem Montagezustand dem wenigstens einen weiteren Schaltringsegment zugewandten Stoßbereich einen gegenüber einer Stirnflächenebene des Schaltringsegments eingetieften Bereich für ein Schweißmittel aufweist, wobei bei hergestellter Schweißverbindung das Schweißmittel innerhalb des durch die Stirnflächenebene begrenzten Bereichs vorhanden ist.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf den Schaltring beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug und das Verfahren übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen Schaltring für eine elektrische Maschinen in axialer Ansicht;
2 der Schaltring von 1 in einer Explosionsdarstellung;
3 eine Detailansicht des Schaltrings von 1, 2 in radialer Richtung;
4 eine Detailansicht des Schaltrings von 1-3 in perspektivischer Darstellung vor einem Schweißvorgang;
5 eine Detailansicht des Schaltrings von 1-4 in perspektivischer Darstellung nach einem ersten Schweißschritt; und
6 eine Detailansicht des Schaltrings von 1-5 in perspektivischer Darstellung nach einem zweiten Schweißschritt.

1 zeigt einen Schaltring 1 für eine nicht näher dargestellte elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs. Der Schaltring 1 ist dazu ausgebildet, einen in den Schaltring 1 eingespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben. Der Schaltring 1 kann in der elektrischen Maschine insbesondere Bestandteil einer Baugruppe sein, die mehrere Schaltringe 1 aufweist, beispielsweise drei Schaltringe 1. Jedem der Schaltringe 1 ist eine Gruppe von Spulen der elektrischen Maschine zugeordnet, die der Schaltring 1 mit Strom versorgt.
Der Schaltring 1 ist aus mehreren Schaltringsegmenten 2-5 aufgebaut. In diesem Ausführungsbeispiel sind, lediglich beispielhaft, vier Schaltringsegmente 2-5 dargestellt. Die konkrete Anzahl der Schaltringsegmente 2-5 ist beliebig wählbar und an den konkreten Schaltring 1 anpassbar bzw. diese entsprechend ausgestaltbar. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des in 1 verbunden dargestellten Schaltrings 1. Hierbei wird deutlich, dass der Schaltring 1 durch die getrennten Schaltringsegmente 2-5 hergestellt ist, die mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden werden.
Mit anderen Worten stellen die Schaltringsegmente 2-5 jeweils Stoßbereiche 6, 7 bereit, an denen diese mit dem jeweils benachbarten Schaltringsegment 2-5 in Kontakt gebracht werden, sodass eine Schweißverbindung ausgeführt werden kann. Lediglich beispielhaft ist in 3 eine Schweißverbindung zwischen zwei Schaltringsegmenten 2, 3 dargestellt, die beliebig auf jedwede weitere Schweißverbindung zwischen anderen Schaltringsegmenten 2-5 übertragen werden kann. Der Schaltring 1, der seiner Ausgestaltung nach als Ringelement bzw. scheibenförmiges Element oder Lochscheibe ausgebildet ist, erstreckt sich letztlich zwischen einem Innenradius 8 und einem Außenradius 9 (vgl. 1). In Axialrichtung erstreckt sich der Schaltring 1 zwischen einer ersten Stirnfläche 10 und einer zweiten Stirnfläche 11, die jeweils eine erste Stirnflächenebene 12 und eine zweite Stirnflächenebene 13 definieren. Die Axialrichtung kann beispielsweise anhand einer Mittelachse 26 des Schaltrings 1 definiert werden. Ausgehend von der Mittelachse 26 kann entsprechend die Radialrichtung definiert werden, nämlich von der Mittelachse 26 ausgehend radial nach au-ßen zu bzw. durch den Schaltring 1, wie beispielhaft durch eine Radialachse 27 dargestellt ist. Entsprechend ergibt sich die Umfangsrichtung 28 ebenfalls bezogen auf die Mittelachse 26 des Schaltrings 1.
Der hierin beschriebene Schaltring 1 weist in wenigstens einem Stoßbereich 6, 7 an wenigstens einer Stirnfläche 10, 11 einen Bereich 14 auf, der gegenüber der jeweiligen Stirnflächenebene 12, 13 in Axialrichtung eingetieft ist. Mit anderen Worten werden die Schaltringsegmente 2-5 nicht in einem durchgängigen rechteckigen Querschnittsprofil hergestellt, welches durchgängige rechteckige Profil anschließend die Stoßbereiche 6, 7 ausbildet, sondern die Stoßbereiche 6, 7 weisen eingetiefte Bereiche 14 auf, die für die Aufnahme von Schweißmittel vorgesehen sein können bzw. in denen Schweißmittel im hergestellten Zustand aufgenommen ist. Das Schweißmittel ist dabei ausschließlich in dem Bereich 14 aufgenommen, der sich zwischen den Stirnflächenebenen 12, 13 erstreckt, sodass kein Schweißmittel über die Stirnflächenebene 12, 13 axial hinaustritt und somit eine Umspritzung des Schaltringsegments 1, die nachträglich aufgebracht werden kann, schädigen oder diese beeinträchtigen kann.
Obwohl ein einzelner Bereich 14 ausreichend wäre, ist lediglich beispielhaft, in 3 dargestellt, dass an jedem Stoßbereich 6, 7 an beiden Stirnflächen 10, 11 ein solcher Bereich 14-17 vorgesehen ist. Mit anderen Worten weist das Schaltringsegment 2 zwei Bereiche 14, 15 auf, die an dem Stoßbereich 6 gegenüberliegend angeordnet sind, d.h., dass der Bereich 14 auf der ersten Stirnfläche 10 vorgesehen ist und eine Eintiefung des Stoßbereichs 6 gegenüber der ersten Stirnflächenebene 12 beschreibt und der Bereich 15 an der zweiten Stirnfläche 11 vorgesehen ist und eine Eintiefung des Stoßbereichs 6 gegenüber der zweiten Stirnflächenebene 13 beschreibt. Analog dazu ist der Bereich 16 auf der ersten Stirnfläche 10 an dem Stoßbereich 7 vorgesehen und beschreibt eine Eintiefung des Stoßbereichs 7 gegenüber der ersten Stirnflächenebene 12, wobei der Bereich 17 an der zweiten Stirnfläche 11 vorgesehen ist und eine Eintiefung des Stoßbereichs 7 gegenüber der zweiten Stirnflächenebene 13 beschreibt. Die Bereiche 14-17, die an derselben Stirnfläche 10, 11 angeordnet sind, definieren gemeinsam Schweißmittelräume 18, 19, insbesondere die Bereichen 14, 16 einen ersten Schweißmittelraum 18 und die Bereiche 15, 17 einen zweiten Schweißmittelraum 19.
Soll der Schaltring 1 aus den Schaltringsegmenten 2-5 hergestellt werden, werden jeweils zwei Schaltringsegmente 2-5, wie in 3 dargestellt, mit ihren Stoßbereichen 6, 7 aneinander angelegt bzw. in Kontakt gebracht. Dabei bilden die Bereiche 14-17 die Schweißmittelräume 18, 19, wie zuvor beschrieben und wie in 3 dargestellt. Anschließend kann ein erster Schweißschritt eines Schweißvorgangs durchgeführt werden, in dem ein Schweißmittel 20 in den Schweißmittelraum 18 eingebracht und verschweißt wird. Die konkrete Form des Schweißmittels 20 ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Unabhängig davon, ob der erste Schweißschritt von der ersten Stirnfläche 10 oder der zweiten Stirnfläche 11 durchgeführt wird, wird das Schweißmittel 20 zunächst in den Schweißmittelraum 18 oder den Schweißmittelraum 19 eingebracht. Die Beschreibung ist entsprechend übertragbar.
Vorliegend wird der erste Schweißschritt von der Seite der ersten Stirnfläche 10 aus durchgeführt, sodass Schweißmittel 20 aus dem Schweißmittelraum 18 durch den Spalt zwischen den Stoßbereichen 6, 7 in den Schweißmittelraum 19 fließen kann. Das in den Schweißmittelraum 19 geflossene Schweißmittel 20 kann in einem zweiten Schweißschritt geglättet werden, wie nachfolgend anhand der 4-6 beschrieben wird.
4 zeigt grundsätzlich die beiden Schaltringsegmente 2, 3 vor dem Ausführen des Schweißvorgangs in einer perspektivischen Darstellung. Ersichtlich verläuft die Schweißbahn, d.h. die Bereiche 14-17 und somit die Schweißmittelräume 18, 19 nicht rein in radialer Richtung, sondern weist eine erste Krümmung 21 und eine zweite Krümmung 22 auf, sodass zunächst ein erster Radialabschnitt 23 an die Krümmung 21 anschließt, welche Krümmung 21 über einen im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Umfangsabschnitt 24 mit der zweiten Krümmung 22 verbunden ist, die wiederum an einen zweiten Radialabschnitt 25 anschließt. Durch die Ausbildung der Schweißmittelräume 18, 19 und somit der Bereiche 14-17 abweichend von einer rein radialen und somit linearen Ausführung, lässt sich die Länge der hergestellten Schweißbahn verlängern, sodass die mechanische Stabilität erhöht wird und der Strom beim Schweißvorgang erhöht bzw. der Widerstand entsprechend durch die höhere Fläche reduziert werden kann.
Wie in 4 ersichtlich ist, bilden die Schweißmittelräume 18, 19 gegenüber den Stirnflächenebenen 12, 13 eingetiefte Räume aus, in denen das Schweißmittel 20 aufgenommen werden kann, ohne dass das Schweißmittel 20 über die Stirnflächenebenen 12, 13 hinausragt. Aufwendige Nachbearbeitung, Reinigungen bzw. das Beeinflussen einer nachträglich auf den Schaltring 1 aufgebrachten Umspritzung sind damit ausgeschlossen.
5 zeigt die beiden miteinander verbundenen Schaltringsegmente 2, 3 nach Ausführen eines ersten Schweißschritts, in dem das Schweißmittel 20 in den Schweißmittelraum 18 eingebracht wurde und durch den Spalt zwischen den Stoßbereichen 6, 7 in den zweiten Schweißmittelraum 19 geflossen ist. An den ersten Schweißschritt kann sich ein zweiter Schweißschritt anschließen, der dafür vorgesehen ist, das in den Schweißmittelraum 19 geschlossene Schweißmittel 20 zu glätten. Nach Abschluss des zweiten Schweißschritts liegt der Zustand in 6 vor, in dem die Schweißbahn in dem Schweißmittelraum 19 geglättet vorliegt. Der erste Schweißschritt und der zweite Schweißschritt können mit denselben oder mit abweichenden Parametern durchgeführt werden. Insbesondere kann der Schweißschritt gegenüber dem ersten Schweißschritt mit niedrigerer Leistung und/oder niedrigerer Temperatur durchgeführt werden. Somit kann der erste Schweißschritt mit einer ersten Leistung und einer ersten Temperatur durchgeführt werden und der zweite Schweißschritt mit einer zweiten Leistung und einer zweiten Temperatur, wobei die zweite Leistung geringer ist als die erste Leistung und die zweite Temperatur geringer als die erste Temperatur.
Die in den einzelnen Ausführungsformen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.
Bezugszeichen

1: Schaltring
2-5: Schaltringsegment
6, 7: Stoßbereich
8: Innenradius
9: Außenradius
10: erste Stirnfläche
11: zweite Stirnfläche
12: erste Stirnflächenebene
13: zweite Stirnflächenebene
14-17: Bereich
18, 19: Schweißmittelraum
20: Schweißmittel
21, 22: Krümmung
23: Radialabschnitt
24: Umfangsabschnitt
25: Radialabschnitt
26: Mittelachse
27: Radialachse
28: Umfangsrichtung

Claims

Schaltring (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Schaltring (1) dazu ausgebildet ist, in den Schaltring (1) gespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben, welcher Schaltring (1) wenigstens zwei Schaltringsegmente (2-5) aufweist, die mittels einer Schweißverbindung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltringsegment (2-5) in einem in einem Montagezustand dem wenigstens einen weiteren Schaltringsegment (2-5) zugewandten Stoßbereich (6, 7) einen gegenüber einer Stirnflächenebene (12, 13) des Schaltringsegments (2-5) eingetieften Bereich (14-17) für ein Schweißmittel (20) aufweist, wobei bei hergestellter Schweißverbindung das Schweißmittel (20) innerhalb des durch die Stirnflächenebene (12, 13) begrenzten Bereichs (14-17) vorhanden ist.
Schaltring (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein, insbesondere im Querschnitt V-förmiger, Schweißmittelraum (18, 19) durch zwei Bereiche (14-17) zweier aneinander anliegender Stoßbereiche (6, 7) miteinander zu verschweißender Schaltringsegmente (2-5) gebildet ist.
Schaltring (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltringsegment (2-5) einen Stoßbereich (6, 7) mit zwei an gegenüberliegenden Stirnflächen (10, 11) angeordnete Bereiche (14-17) aufweist und/oder bei hergestellter Schweißverbindung zwei, insbesondere im Querschnitt V-förmige, Schweißmittelräume (18, 19) durch jeweils zwei auf gegenüberliegenden Stirnflächen (10, 11) angeordnete Bereiche (14-17) zweier aneinander anliegender Stoßbereiche (6, 7) miteinander zu verschweißender Schaltringsegmente (2-5) gebildet sind.
Schaltring (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bereich (14-17) wenigstens eines Schaltringsegments (2-5) in wenigstens einem Abschnitt von einer radialen Ausrichtung abweicht, insbesondere wenigstens eine Krümmung (21, 22) aufweist.
Schaltring (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bereich (14-17) wenigstens einen s-förmigen Abschnitt aufweist.
Schaltring (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung zur Verbindung der wenigstens zwei Schaltringsegmente (2-5) des Schaltrings (1) durch wenigstens einen ersten Schweißschritt und einen, insbesondere nach dem ersten Schweißschritt ausgeführten, zweiten Schweißschritt ausgeführt ist, welcher erste Schweißschritt von einer ersten Stirnfläche (10, 11) und welcher zweite Schweißschritt von einer der ersten Stirnfläche (10, 11) gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche (10, 11) des Schaltrings (1) ausgeführt ist.
Schaltring (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schweißschritt Schweißmittel (20) in einen auf der ersten Stirnfläche (10, 11) angeordneten ersten Bereich (14-17) oder ersten Schweißmittelraum (18, 19) eingebracht ist und aus dem ersten Bereich (14-17) in wenigstens einen auf der zweiten Stirnfläche (10, 11) angeordneten zweiten Bereich (14-17) oder zweiten Schweißmittelraum (18, 19) geflossen ist, wobei in dem zweiten Schweißschritt ein Glättschweißen des Schweißmittels (20) in dem zweiten Bereich (14-17) oder zweiten Schweißmittelraum (18, 19) durchgeführt ist.
Schaltring (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schweißschritt gegenüber dem ersten Schweißschritt mit geringerer Leistung und/oder geringerer Temperatur ausgeführt ist.
Elektrische Maschine, umfassend wenigstens einen Schaltring (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine mit wenigstens einem Schaltring (1) nach dem vorangehenden Anspruch.
Verfahren zur Herstellung eines Schaltrings (1) für eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, welcher Schaltring (1) dazu ausgebildet ist, in den Schaltring (1) gespeisten Strom an Spulen der elektrischen Maschine auszugeben, welcher Schaltring (1) durch eine Schweißverbindung wenigstens zweier Schaltringsegmente (2-5) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltringsegment (2-5) in einem in einem Montagezustand dem wenigstens einen weiteren Schaltringsegment (2-5) zugewandten Stoßbereich (6, 7) einen gegenüber einer Stirnflächenebene (12, 13) des Schaltringsegments (2-5) eingetieften Bereich (14-17) für ein Schweißmittel (20) aufweist, wobei bei hergestellter Schweißverbindung das Schweißmittel (20) innerhalb des durch die Stirnflächenebene (12, 13) begrenzten Bereichs (14-17) vorhanden ist.