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Die Erfindung betrifft einen Stator
für einen Startergenerator
einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Merkmalen, sowie einen Startergenerator mit einem solchen
Stator.
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Stand der Technik
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Bei heutigen Kraftfahrzeugen mit
Verbrennungskraftmaschine werden die Funktionen "Start der Verbrennungskraftmaschine" und "Stromerzeugung" von zwei unterschiedlichen
Einzelkomponenten bereitgestellt. Da jedoch stets nur eine der beiden Einzelkomponenten
arbeitet, während
die andere ruht, geht die Entwicklung dahin, beide Komponenten zu
einem Startergenerator zu vereinigen, der im Antriebsstrang zwischen
einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und einem nachgeschalteten
Getriebe montiert wird und wie ein Starter bzw. Generator einen
mit der Kurbelwelle verbindbaren Rotor und einen ortsfesten Stator
umfasst.
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Bei einem von der Anmelderin entwickelten Startergenerator
besteht der Stator im Wesentlichen aus einem äußeren Jochring und einer Mehrzahl
von einzeln am Jochring befestigten Steckzähnen, die in der Regel ebenso
wie der Jochring aus gestanztem und paketiertem Blech bestehen,
jedoch auch durch Sintern hergestellt werden können. Die Steckzähne tragen
jeweils eine Wicklung und stehen radial nach innen über den
Jochring über.
Zur Befestigung dieser Steckzähne
ist der Jochring an seinem inneren Umfang mit Schwalbenschwanzausnehmungen
versehen, die bei der Herstellung des Jochrings aus dem Blech ausgestanzt
werden und in axialer Richtung offen sind, so dass sich jeweils
ein radial äußerer komplementärer Schwalbenschwanzvorsprung
der Steckzähne
formschlüssig
in die Ausnehmungen einpassen lässt.
Um eine sichere Befestigung der Steckzähne in den Ausnehmungen zu
gewährleisten,
müssen
jedoch genaue Toleranzen eingehalten werden, was bei dem augenblicklichen
Herstellungsverfahren des Jochrings durch Hochkantrollen von gestanztem Bandblech
mit Schwierigkeiten verbunden ist. Wenn die Toleranzen nicht genau
eingehalten werden, kann es beim axialen Fügen der Steckzähne in die Ausnehmungen
des Jochrings zu einem Verschmieren der Bleche und damit zu einer
unerwünschten Schädigung des
Jochrings oder der Steckzähne kommen.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Stator mit den im Anspruch
1 genannten Merkmalen gestattet demgegenüber eine kostengünstige Befestigung
der Zähne durch
einfaches radiales Fügen
ohne das Erfordernis großer
Fügekräfte und
damit ohne die Gefahr einer Schädigung
des Jochrings und der Zähne
und kommt mit weniger Toleranzen aus, wobei infolge der gegenseitigen
Anpressung der Anlageflächen
der Zähne und
des Jochrings zwischen diesen zudem ein Luftspalt vermieden und
eine definierte, durch eventuelle Formfehler bei einer Herstellung
des Jochrings durch Hochkantrollen unbeeinträchtigte Relativposition gewährleistet
werden kann.
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In bevorzugter Ausgestaltung der
Erfindung ist vorgesehen, dass das Befestigungselement aus einem
Draht oder Band besteht und vorzugsweise mindestens zwei Halteteile
oder -abschnitte aufweist, die zweckmäßig axial ausgerichtet sind
und radial entgegengesetzte Flächen
des Zahns bzw. des Jochrings hintergreifen. Die Halteteile sind
bevorzugt durch mindestens einen Verbindungsteil oder -abschnitt
verbunden, der sich im Wesentlichen in radialer Richtung an den
gegenüberliegenden
Anlageflächen
des Zahns und des Jochrings vorbei zu den Halteteilen erstreckt
und der mit einer Zugspannung beaufschlagt wird, um die Anlageflächen gegeneinander
zu pressen.
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Bei Verwendung von biegsamen oder
plastisch verformbaren Drähten
oder Bändern
können deren
entgegengesetzte Enden zum Beispiel durch Verdrillen oder Verknoten
unter Zug miteinander verbunden werden, um die Zugspannung in den
Verbindungsteilen zu erzeugen, während
es bei Verwendung von Drähten
oder Bändern
mit hoher Biegesteifigkeit möglich
ist, durch beim Biegen des Drahts oder Bands in diesem hervorgerufene
Biegebeanspruchungen eine für
die Erzeugung der notwendigen Andruckkräfte zwischen dem Zahn und dem Jochring
ausreichende Zugspannung im Verbindungsteil zu erzeugen.
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Das Befestigungselement für jeden
Zahn kann sich zum Teil durch eine Ausnehmung erstrecken, die im
Inneren und/oder in mindestens einer seitlichen Begrenzungsfläche des
Zahns und des Jochrings ausgespart ist, was vor allem für die axial ausgerichteten
Halteteile bevorzugt wird, da eine axiale Ausnehmung in den Zähnen und
im Jochring bei deren Herstellung durch Stanzen und Paketieren von Blech
mit ausgestanzt werden kann. Alternativ kann sich das Befestigungselement
an mindestens einer seitlichen Begrenzungsfläche des Jochrings und/oder
der Zähne
vorbei erstrecken, was vor allem für die radial ausgerichteten
und unter Zugspannung stehenden Verbindungsteile der Befestigungselemente
bevorzugt wird, die sich in diesem Fall im Bereich der Zähne zweckmäßig durch
eine zwischen jedem Zahn und seiner Wicklung ausgesparte Öffnung erstrecken.
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Um eine genaue Positionierung der
Zähne in Bezug
zum Jochring zu erleichtern, sind die Zähne und der Jochring gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit Positionierhilfen
versehen, die vorzugsweise aus einem Vorsprung und einer komplementären Ausnehmung
an den gegenüberliegenden
Anlageflächen
der Zähne
und des Jochrings bestehen. Um das Formen der Zähne und des Jochrings durch
Fügen von
axial übereinander geschichteten
gestanzten Blechen zu erleichtern, weisen die Vorsprünge und
die Ausnehmungen bevorzugt in axialer Richtung einen gleichbleibenden Querschnitt
auf, wobei zweckmäßig für die Ausnehmungen
im Jochring ein nach innen zu divergierender Dreieck- oder Trapezquerschnitt
und für
die Vorsprünge
der Zähne
ein nach außen
konvergierender komplementärer
Dreieck- oder Trapezquerschnitt gewählt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend in
Ausführungsbeispielen
anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Stators für einen Startergenerator einer
Verbrennungskraftmaschine;
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des
Stators entlang der Linie A-A der 1;
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3a bis e perspektivische Ansichten
von aufeinanderfolgenden Arbeitschritten bei der Herstellung und
der Montage eines Zahns am Jochring des Stators aus 1;
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4 eine
Ansicht entsprechend 2,
jedoch mit einem etwas unterschiedlichen Befestigungselement;
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5 eine
Ansicht entsprechend 2 und 4, jedoch mit einem noch
anderen etwas unterschiedlichen Befestigungselement;
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6 eine
teilweise geschnittene Querschnittsansicht eines Stators mit einem
noch anderen Befestigungselement;
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7 eine
Stirnseitenansicht eines Teils des Stators aus 5;
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8 eine
Stirnseitenansicht eines Teils eines Stators entsprechend 7, jedoch mit einem noch
anderen Befestigungselement.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Der in 1 der
Zeichnung dargestellte Stator 10 für einen Startergenerator einer
Verbrennungskraftmaschine bestehen im Wesentlichen aus einem Jochring 12,
einer Mehrzahl von nach innen über
den Jochring 12 überstehenden
und jeweils eine Wicklung 14 tragenden Zähnen 16,
die einzeln am Jochring 12 befestigt sind, sowie einer
Mehrzahl von Befestigungselementen 18, die zur Befestigung
der Zähne 16 am
Jochring 12 dienen.
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Der in den 1 bis 5 dargestellte
Jochring 12 besteht aus einem Stück Weicheisen-Bandblech 20,
das durch Hochkantrollen zu einem mehrlagigen ringförmigen Blechpaket
umgeformt wurde. Vor dem Hochkantrollen des Bandblechs 20 wurden
an dessen entgegengesetzten Längsseitenrändern in
einem dem Abstand der Zähne 16 in
Umfangsrichtung des Jochrings 12 entsprechenden Abstand
jeweils Ausnehmungen 22, 24 ausgestanzt, die im
fertigen Bleckpaket miteinander fluchten und sich in axialer Richtung über die
gesamte Höhe
des Jochrings 12 erstrecken, wie am besten in 3c dargestellt. Die Ausnehmungen 22 in
der inneren Umfangsfläche 26 des
Jochrings 12 weisen einen dreieckigen Querschnitt mit nach
innen divergierenden Begrenzungsflächen auf, während die im Querschnitt etwas
kleineren Ausnehmungen 24 in der äußeren Umfangsfläche 28 des
Jochrings 12 einen U-förmigen
Querschnitt aufweisen.
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Wie am besten in 3a dargestellt, bestehen die einzelnen
Zähne 16 ebenso
wie der Jochring 12 aus mehreren übereinander angeordneten Lagen 30 Weicheisenblech,
die entweder einzeln aus Bandblech ausgestanzt und anschließend übereinander gestapelt
und paketiert oder gemeinsam aus mehreren übereinander gestapelten Blechlagen
ausgestanzt und gleichzeitig durch Stanzpaketieren miteinander verbunden
werden.
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An ihrem in montiertem Zustand radial äußeren Stirnende
weisen die Zähne 16 jeweils
einen Vorsprung 32 auf, der sich in axialer Richtung über die gesamte
Höhe des
Zahns 16 erstreckt und einen zum Querschnitt der Ausnehmungen 22 komplementären Dreieckquerschnitt
besitzt, wie am besten in 3c dargestellt.
Die auf beiden Seiten an einen Fuß 34 des Vorsprungs 32 angrenzenden äußeren Stirnflächen 36 des
Zahns 16 sind komplementär zur zylindrischen inneren
Umfangsfläche 26 des
Jochrings 12 gekrümmt,
das heißt,
sie weisen denselben Krümmungsradius
auf. An ihrem zum Festhalten der Wicklung 14 im Querschnitt
erweiterten radial inneren Stirnende sind die Zähne 16 mittig mit
einer im Querschnitt U-förmigen
axialen Nut 38 versehen.
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Wie am besten in 3b dargestellt, werden nach dem Paketieren
der Zähne 16 die
Wicklungen 14 auf diesen angebracht, wobei der verwendete Kupferdraht
entweder direkt um den Zahn 16 oder alternativ auf einen
separaten Wicklungsträger
(nicht dargestellt) gewickelt wird, der danach auf den Zahn 16 aufgeschoben
wird. Bei der Anbringung der Wicklung 14 wird zwischen
entgegengesetzten radialen Stirnflächen 40, 42 des
Zahns 16 und der jeweils benachbarten Innenseite der Wicklung 14 ein
Zwischenraum 44 freigelassen, dessen Querschnittsabmessungen
etwas größer als
die Querschnittsabmessungen der in den 1 bis 5 dargestellten
Befestigungselemente 18 sind, so dass diese bei der Montage
des Zahns 16 am Jochring 12 durch den Zwischenraum 44 hindurch
geschoben werden können.
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Wie am besten in 3c dargestellt, wird zuvor der Zahn 16 in
Bezug zum Jochring 12 positioniert, indem man den Zahn 16 so
vor der inneren Umfangsfläche 26 des
Jochrings 12 ausrichtet, dass die radialen Stirnflächen des
Zahns 16 und des Jochrings 12 fluchten und der
Vorsprung 32 einer der komplementären Ausnehmungen 22 im
Jochring 12 gegenüberliegt.
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Das in den 1 bis 5 dargestellte
Befestigungselement 18 besteht aus einem U-förmig gebogenen
Stück Runddraht 46 aus
einem nicht magnetisierbaren Metall, dessen beide Schenkel 48 nach
der Positionierung des Zahns 16 mit ihren freien Enden nierung
des Zahns 16 mit ihren freien Enden radial von innen her
in die Zwischenräume 44 zwischen
der Wicklung 14 und den Stirnflächen 40, 42 des
Zahns 16 eingeführt
werden, wie am besten in 3d dargestellt.
Sobald das Joch 50 des U-förmig gebogenen Runddrahts gegen
den Grund der Nut 38 im inneren Stirnende des Zahns 16 anliegt
und die freien Enden 49 der beiden Schenkel 48 radial
nach außen über die äußere Umfangsfläche 28 des
Jochrings 12 überstehen,
werden sie im rechten Winkel in die Ausnehmung 24 hinein
umgebogen, wie durch die Pfeile in 3e dargestellt,
und durch Schweißen
auf Stoß miteinander
verbunden. Um zu erreichen, dass die einander gegenüberliegenden
Anlageflächen
des Zahns 16 und des Jochrings 12 im Bereich des
Vorsprungs 36 und beiderseits von dessen Fuß 34 nach der
Anbringung des Drahtstücks 46 gegeneinander angepresst
werden, wird in diesem eine Zugspannung erzeugt. Dies kann beispielsweise
dadurch erfolgen, dass das Drahtstück 46 vor seiner Anbringung
erhitzt wird und sich nach dem Verbinden seiner Enden abkühlt und
dabei etwas zusammenzieht.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Drahtstück 52 aus
einem verhältnismäßig biegesteifen
Metall zu verwenden, wie zum Beispiel V2A-Stahl, das in ähnlicher
Weise angebracht wird, wie zuvor beschrieben und in 4 dargestellt ist. Die Enden 53 der
Schenkel 48 dieses Drahtstücks 52 werden bei
der Montage mit Hilfe eines geeigneten Biegewerk zeugs (nicht dargestellt)
so umgebogen, dass infolge der Biegeverformung die gegen die radialen
Stirnflächen
des Jochrings 12 und des Zahns 16 anliegenden
Abschnitte der Schenkel 48 auf Zug beansprucht werden.
In diesem Fall ist es auch nicht unbedingt erforderlich, die den
Jochring 12 hintergreifenden freien Enden 53 des
Drahtstücks 52 zu verschweißen.
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Eine noch weitere Möglichkeit
ist in 5 dargestellt,
wo ein Drahtstück 54 aus
einem biegsamen Metall mit hoher Zugfestigkeit verwendet wird, dessen
freie Enden 56 miteinander verdrillt werden, um den Draht 54 auf
Zug zu beanspruchen und dadurch den Zahn 16 gegen den Jochring 12 zu
ziehen. Wie durch den Pfeil dargestellt, können die verdrillten überstehenden
Enden 56 des Drahtstücks 54 anschließend in
die axiale Ausnehmung 24 des Jochrings 12 umgebogen
werden, die zur Aufnahme der Drahtenden 56 zweckmäßig einen
etwas größeren Querschnitt
aufweist.
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Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird als Befestigungselement 18 ebenfalls ein verhältnismäßig biegesteifer
dicker Runddraht verwendet, der zu einer U-förmigen Klammer 60 gebogen
ist, die Teile des Zahns 16 und des Jochrings 12 umgreift.
Während
ihr radial ausgerichtetes Joch 62 parallel zu einer fluchtenden
radialen Stirnfläche
des Zahns 16 und des Jochrings 12 ver läuft, erstrecken
sich ihre beiden axial ausgerichteten Schenkel 64 durch
entsprechende zylindrische Ausnehmungen 66, 68 im
Inneren des Vorsprungs 32 des Zahns 16 bzw. im
Inneren des Jochrings 12, die bei der Herstellung mit aus
dem Blech ausgestanzt werden. Die beiden parallelen Schenkel 64 der
Klammer 60 können
vor deren Montage vorgespannt werden, so dass sie nach der Montage
die gegenüberliegenden
Anlageflächen 36 bzw. 26 des
Zahns 16 und des Jochrings 12 zusammendrücken.
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Bei dem in 8 dargestellten Teil eines Stators 10 sind
der Vorsprung 32 des Zahns 16 und die komplementäre Ausnehmung 22 des
Jochrings 12 trapezförmig
verbreitert. Der Vorsprung 32 weist zwei axiale zylindrischen
Ausnehmungen 70, 72 auf, während der Jochring 12 eine
im Querschnitt längliche
Ausnehmung 74 aufweist. Zwei Glasfaserdrähte 76 verlaufen
jeweils durch die Ausnehmung 74 und eine der beiden Ausnehmungen 70, 72,
wobei sie an der in 8 nicht
sichtbaren Stirnfläche
des Zahns 16 und des Jochrings 12 verknotet sind.
Um den Glasfaserdraht 76 auf Zug zu beanspruchen und damit
den Zahn 16 gegen den Jochring 12 zu ziehen, können zum
Beispiel nach dem Verknoten Keile (nicht dargestellt) zwischen den
Glasfaserdraht 76 und eine der benachbarten radialen Stirnflächen des Zahns 16 und
des Jochrings 12 eingeschoben werden. Um die Zugfestigkeit
des Glasfaserdrahts 76 zu verstärken, kann dieser bei Bedarf
ganz oder teilweise mit einem Harz beträufelt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich
selbstverständlich
nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele.
So können
zum Beispiel die Zähne 16 zur
Verringerung von Magnetisierungsverlusten alternativ durch Pulversintern
aus Weicheisen hergestellt werden. Darüber hinaus können die
Befestigungselemente an Stelle eines kreisförmigen Querschnitts auch andere
Querschnitte aufweisen und aus mehreren Elementen bestehen, zum
Beispiel einem Faserbündel
oder Fasergewebe.