WO2012085280A2

WO2012085280A2 - Elektrische maschine mit spaltrohr und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: WO2012085280A2
Application number: PCT/EP2011/073979
Authority: WO
Inventors: Martin Krompass; Herbert Liebl
Original assignee: Avl Trimerics Gmbh
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-06-28
Also published as: DE102010055821A1; DE102010055821B4; WO2012085280A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Statorelement mit wenigstens einer Wicklung, welche eine Vielzahl um eine Maschinenachse verteilte und jeweils in sich parallel entlang der Maschinenachse erstreckende Nuten eines zylinderförmigen Blechpaketes des Statorelementes aufgenommene Wicklungsabschnitte oder Leiter aufweist sowie auf ein Verfahren zum Herstellen dieses zylinderförmigen Statorelementes, wobei das Statorelement jeweils stirnseitig eine sich parallel zu den Stirnseiten erstreckende, ringförmige Endscheibe aufweist, an welcher im Bereich einer um die Maschinenachse verlaufende Statorbohrung des Statorelementes jeweils eine im Wesentlichen mit der Maschinenachse zentrierte und im Wesentlichen orthogonal zu der Endscheibe ausgerichteten und sich von dem Statorelement wegstreckende rohrartige Wickelkopfabschottung im Wesentlichen biegesteif in Richtung der Maschinenachse und/oder unbeweglich entlang der Maschinenachse angeordnet ist.

Description

Elektrische Maschine mit Spaltrohr und Verfahren zur Herstellung derselben

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Statorelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des zylinderförmigen Statorelementes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.

Elektrische Motoren zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie bzw. elektrische Generatoren zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Diese Maschinen, welche beispielsweise in Form einer Gleichstrom-, Drehstrom- oder (Dreiphasen-) Wechselstrommaschine bzw. einer Synchron- oder Asynchronmaschine ausgebildet sein können, weisen vorzugsweise unter anderem einen Stator, welcher das mechanisch ruhende Element darstellt, einen Rotor, welcher das mechanisch dynamische Element darstellt, eine Welle und ein Gehäuse auf. Der Stator und der Rotor erzeugen dabei das elektrische Haupt- bzw. Erregerfeld, wobei bei einer Außenerregung, d.h. bei außen erregten Maschinen das Erregerfeld im Stator und das Hauptfeld im Rotor erzeugt wird, und bei einer Innenerregung, d.h. bei innen erregten Maschinen das Erregerfeld im Rotor und das Hauptfeld im Stator erzeugt wird.

Der Stator bildet üblicherweise einen Hohlzylinder, welcher von einem Gehäuse umschlos- sen ist, wobei sich in seinem Inneren der zylinderförmige Rotor befindet, in dessen geometrischer Längsachse die Welle angeordnet ist. Elektrische Maschinen sind bekannterweise elektromagnetische Energiewandler, welche elektrische Energie aus einer Quelle, wie beispielsweise einem Versorgungsnetz beziehen und an ihrer Welle mechanische Energie an eine Last, z.B. an eine Antriebswelle eines Elektrofahrzeuges, abgeben. Bei dieser Energieumwandlung treten immer Leistungsverluste auf, welche den Wirkungsgrad der Maschine bestimmen. Infolgedessen ist die von der Maschine abgegebene Leistung immer kleiner als die von der Maschine aufgenommene Leistung. Diese auftretenden Verluste, wie beispielsweise Wicklungs-, Eisen- und Lagerreibungsverluste werden folglich in Wärme bzw. in thermische Energie umgewandelt, welche von dem Motor abgeleitet werden muss, um eine Überhitzung und folglich eine Beschädi- gung des Motors zu vermeiden.

Konventionelle elektrische Maschinen nutzen zur Kühlung beispielsweise eine Luftkühlung, welche als Eigen- oder Fremdkühlung ausgeführt sein kann. Zur ausreichenden Wärmeabgabe benötigt die Maschine eine definierte wärmeabführende Oberfläche, so dass die zulässige Erwärmung einer elektrischen Maschine deren Baugröße und Leistung bestimmt. D.h., wird die Kühlung einer elektrischen Maschine optimiert, so erhöht sich infolgedessen auch die Leistung bzw. die Nennwerte dieser Maschine. Demnach wird angestrebt eine Flüssigkühlung, welche eine hohe Kühlleistung aufweist, zur Kühlung der Maschine zu verwenden.

Flüssigkeitsgekühlte Maschinen weisen beispielsweise einen separaten Kühlmantel und ein Spaltrohr, welches zwischen dem Statorinnenraum und dem Rotor angeordnet und am Statorpaket bzw. Blechpaket fixiert ist, auf. Dieses Rohr verhindert ein Eindringen bzw. An- haften von Fremdmedien in das Blechpaket (Dynamoblech) bzw. an die Wicklung, wodurch das Statorpaket und die Wcklung hermetisch gegen diverse Gase, Öle oder Wasser geschützt sind. Um den magnetischen Wderstand, vorzugsweise zwischen Rotor und Stator so gering wie möglich zu halten, ist dementsprechend auch der Luftspalt zwischen diesen beiden Elementen sehr gering, so dass lediglich ein sehr dünnwandiges Spaltrohr aus nicht magnetisierbarem Rohmaterial eingesetzt werden kann.

Beispielsweise beschreibt die DE 10 2006 029 803 A1 ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Maschinenelementes einer flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschine, wobei in einem ersten Schritt, nachdem der Stator mit der Wicklung und den Wickelköpfen gefertigt wurde, der von der Wicklung nicht eingenommene Raum der Nuten und der von den Wickel- köpfen nicht eingenommene Teil des Ringraums mit einem durch Erhitzen entfernbaren Wachs ausgefüllt werden. Der mit den Wachsverfüllungen versehene Stator wird anschließend in ein Metallgerüst und mit diesem Metallgerüst gemeinsam in eine Gießform eingesetzt, in welcher unter Ummantelung des Metallgerüstes mit Kunststoff oder Kunstharz das Gehäuse sowie das entsprechende Spaltrohr erzeugt werden. Nachdem der Kunststoff ausgehärtet ist, muss die gesamte Vorrichtung, beispielsweise in einem Ofen, erneut erhitzt werden, um das Wachs zu verflüssigen und folglich die Wachsfüllungen zu entfernen. Dadurch entstehen entsprechende Kühlkanäle zum Kühlen der Statorwicklung. Jedoch ist dieses Verfahren zum Vergießen von Wachs sehr aufwendig, da zum einen das Wachs selbst erst erhitzt, eingegossen, dann über einen definierten Zeitraum abgekühlt und wieder erhitzt werden muss und zum anderen zumeist Rückstände des Wachses in den Zwischenräumen verbleiben können, welche aufwendig herausgekratzt bzw. kostenaufwendig ausgespült werden müssen. Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine mit einem direkt flüssigkeitsgekühlten Stator sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Maschine bzw. dieses Stators zu Verfügung zu stellen, bei welchen das Spaltrohr zwar weiterhin vorzugsweise aus Kunststoff gegossen wird, jedoch ohne das zuvor genannte Wachsausschmel- zungsverfahren realisieren zu müssen, um folglich eine elektrische Maschine zur Verfügung stellen zu können, welche kostengünstiger und zeitreduzierter hergestellt werden kann und welche dank einer direkten Flüssigkeitskühlung höher belastet werden kann als eine konventionell gekühlte elektrische Maschine.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine ist eine optimierte Kühlung der Ma- schine bzw. der Wicklungen der Maschine gegenüber herkömmlich flüssigkeitsgekühlten elektrischen Maschinen, d.h., dass die erfindungsgemäße Maschine einen optimierten Kühlwert aufweist.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mittels einer elektrischen Maschine gemäß dem Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Anspruch 7.

Demzufolge wird eine elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Statorelement mit wenigstens einer Wicklung beansprucht, welche eine Vielzahl um eine Maschinenachse verteilte und jeweils in sich parallel entlang der Maschinenachse erstreckende Nuten eines zylinderförmigen Blechpaketes des Statorelementes aufgenommene Wicklungsabschnitte oder Leiter aufweist. Das Statorelement weist zudem jeweils stirnseitig eine sich parallel zu den Stirnseiten erstreckende, ringförmige Endscheibe auf, an welcher im Bereich einer um die Maschinenachse verlaufende Statorbohrung des Statorelementes jeweils eine im Wesentlichen mit der Maschinenachse zentrierte und im Wesentlichen orthogonal zu der Endscheibe ausgerichtete und sich von dem Statorelement wegstreckende rohrartige Wickelkopfabschot- tung im Wesentlichen biegesteif in Richtung der Maschinenachse und/oder unbeweglich entlang der Maschinenachse angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Wickel kopfabschottung auch verdrehsteif um die Maschinenachse angeordnet.

Diese erfindungsgemäße elektrische Maschine ist dabei beispielsweise ein durch elektrische Energie betriebener Motor oder ein elektrische Energie erzeugender Generator, wobei die Maschine als Synchron- oder Asynchronmaschine bzw. als Gleichstrom-, Wechselstromoder Drehstrommaschine betrieben werden kann.

Zudem weist die erfindungsgemäße elektrische Maschine bzw. Maschine einen zylinderförmigen Stator bzw. ein Statorelement auf, welches aus einem ebenfalls zylinderförmigen Blechpaket und den darin verlaufenden Wicklungen sowie den aus dem Blechpaket hervorstehenden Wckelköpfen besteht. Die Wcklungen verlaufen in Nuten des Blechpaketes, wel- che sich in Längsrichtung des Stators bzw. des Blechpaketes und sich von der inneren Oberfläche des Stators radial nach außen in das Blechpaket erstrecken. Der Stator bzw. das Blechpaket selbst kann wie ein dickwandiges Rohr gebildet sein, welches einen Innendurchmesser, nämlich die Statorbohrung und einen Außendurchmesser, welcher beispielsweise gleichzeitig das Gehäuse der elektrischen Maschine ist, aufweist.

Die Wicklungen des Wickelpaketes sind vorzugsweise gleichmäßig um eine zentrisch durch die Statorbohrung verlaufende Achse, nämlich die Maschinenachse, verteilt, wodurch die Wickelköpfe der Wicklung jeweils an den stirnseitigen Enden des Blechpaketes hervorstehen. Die stirnseitigen Enden bzw. Wandungen sind demzufolge die Wandungsbereiche des Blechpaketes, welche sich an beiden Seiten des Stators im Wesentlichen orthogonal zu der inneren und äußeren Mantelfläche des rohrartigen Blechpaketes bzw. des Stators erstrecken. Da bei der vorliegenden Erfindung das Spaltrohr aus einen kunststoffartigen Material gegossen werden soll, ist es notwendig die Wickelköpfe von dieser Vergussmasse freizuhalten. Dazu ist ein spezieller Aufbau notwendig, welcher im Folgenden beschrieben wird. Das Statorelement bzw. der Stator weist folglich jeweils an den Stirnseiten eine Endscheibe auf, welche mit dem Blechpaket verbunden ist, um ein rohrartiges Element, nämlich die Wickelkopfabschottung aufnehmen zu können. Diese Endscheiben sind vorzugsweise dickwandige Bleche, welche eine mechanisch stabile Aufnahme der Wickelkopfabschottung ermöglichen.

Jede Endscheibe ist dabei vorzugsweise mit dem Blechpaket verschweißt. Dabei kann die Endscheibe beispielsweise mittels einer Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Maschinenachse verteilt angeordneter Schweißpunkte oder mittels einer durchgängigen und ebenfalls vorzugsweise in Umfangsrichtung um die Maschinenachse verlaufenden Schweißnaht an das Blechpaket fixiert werden.

Zum Anordnen der Endscheiben an die jeweiligen Stirnflächen des Blechpaketes können dabei unterschiedliche Verbindungsschweißverfahren, wie beispielsweise das Schutzgasschweißen, das Widerstandsschweißen, das Kaltpressschweißen, das Reibschweißen, La- serstrahlschweißen, Elektronenstrahlschweißen usw. angewendet werden.

Es ist weiterhin denkbar, dass die Endscheiben jeweils mittels eines Lötverfahrens an die Stirnflächen des Blechpaketes angeheftet werden. Zudem ist es möglich, dass die Endscheiben jeweils an die Stirnflächen des Blechpaketes mittels eines umformtechnischen Fügeverfahrens, d.h. über Blind- und/oder Stanznieten fixiert werden.

Auch ist es denkbar, dass die Endscheiben mittels entsprechender Klebstoffe an die Stirnseiten des Blechpaketes geklebt werden.

Auch eine Verbindung der Endscheiben mit dem Blechpaket über Schraub- und/oder Stiftverbindungen sowie eine Verbindung mit allen in die Kategorie der formschlüssigen Verbindungen einzugliedernden Elemente ist denkbar. Welches Fertigungsverfahren letztendlich verwendet wird, um die Endscheiben mit vorzugsweise den Stirnflächen des Blechpaketes zu verbinden, hängt neben dem geplanten Einsatzort der elektrischen Maschine auch unter anderem von der Baugröße der elektrischen Maschine und der Anordnung der im Blechpaket angeordneten Kühlkanäle ab.

Die Mantelfläche der vorzugsweise rohrartigen Wckelkopfabschottung erstreckt sich im Wesentlichen orthogonal zu der Auflagefläche der jeweiligen Endscheibe, an welcher die Wickelkopfabschottung angeordnet ist. Demzufolge erstreckt sich die Wckelkopfabschottung entlang der Maschinenachse, wobei die Maschinenachse zentrisch zu der Wckelkopfab- schottung liegt.

Die Wickelkopfabschottung ist vorzugsweise derart fest mit der jeweiligen Endscheibe verbunden, dass eine Biegung bzw. Verbiegung der Wickelkopfabschottung gegenüber der Endscheibe bzw. in Richtung der Maschinenachse ausgeschlossen werden kann. Auch eine Verschiebung der Wckelkopfabschottung entlang der Maschinenachse wird durch die Verbindung der Wickelkopfabschottung mit der Endscheibe verhindert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wickelkopfabschottung derart fest mit der jeweiligen Endscheibe verbunden, dass eine Verdrehung der Wickelkopfabschottung gegenüber der Endscheibe vermieden wird.

Die Endscheibe weist vorzugsweise eine zentrische Bohrung auf, welche einen im Wesentlichen gleich großen Bohrungsdurchmesser wie der Innendurchmesser des Blechpaketes des Statorelementes, d.h. wie die Statorbohrung aufweist, wobei die Endscheibe zudem einen im Wesentlichen gleich großen Außendurchmesser, wie den Außendurchmesser des Blechpaketes des Statorelementes, aufweist.

Zudem weist die Endscheibe bevorzugt eine Vielzahl von sich von dem Bohrungsdurchmesser radial nach außen erstreckende und im Wesentlichen gleichmäßig um die Maschinen- achse verteilte Aussparungen auf, welche im Wesentlichen die Form der im orthogonal zur Maschinenachse verlaufenden Querschnitt betrachteten Nuten des Blechpaketes aufweisen.

Diese Aussparungen ermöglichen beispielsweise bei der Wicklung des Stators, dass die Leitungen, vorzugsweise Kupferleitungen, entlang der bzw. in die Nuten sowie in die Aus- sparungen der Endscheiben gelegt werden können, da diese Aussparungen mit den Nuten kongruent sind. Dadurch erstrecken sich die Wickelköpfe außerhalb der Aussparungen an den Endscheiben.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Endscheibe eine Vielzahl an um die Ma- schinenachse gleichmäßig verteilte Bohrungen zur Kühlung des Blechpaketes und vorteilhaft zur Führung bzw. Leitung des Kühlmittels auf, welche in radial nach außen betrachteter Richtung hinter den Aussparungen und in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Aussparungen angeordnet sind. Da bei der erfindungsgemäßen Maschine kein Wachs zum Gießen bzw. zum Verschließen von Hohlräumen zwischen der Wicklung und der Nut bzw. den Nutenden bzw. den Nutanfängen verwendet wird, wobei die ausgegossenen Hohlräume später nach der Herstellung des Spaltrohres als Kühlkanäle verwendet werden, werden folglich Kühlkanäle zur Führung von Kühlmittel zur Kühlung des Blechpaketes im Blechpaket selbst geführt.

Somit ist es möglich, dass die Wcklung bzw. die Leitungen der Wicklung ihre thermische Energie beispielsweise auch über das Blechpaket zu den Kühlkanälen leiten, um diese dort über ein entsprechendes Kühlmittel, welches beispielsweise eine elektrisch isolierende Flüssigkeit, wie Öl und hierbei z.B. Hydrauliköl oder eine entsprechende Emulsion sein kann, abzuleiten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Endscheibe eine Vielzahl sich von dem Bohrungsdurchmesser aus radial nach innen erstreckende und im Wesentlichen gleichmäßig um die Maschinenachse verteilte Vorsprünge zur Positionierung der Wickelkopfabschottung auf.

Dass heißt, dass die Vorsprünge der Endscheiben vorzugsweise als Rastnasen ausgeführt sind, um bei einem entsprechenden Gegenelement der Wickelkopfabschottung einzurasten bzw. einzuhaken. Demgegenüber weist die Wickelkopfabschottung vorzugsweise eine Nut bzw. eine in Umfangsrichtung der Wckelkopfabschottung verlaufende und vorzugsweise durchgängige Ausnehmung bzw. Vertiefung auf, in welche die Vorsprünge der Endscheibe eingreifen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Wickelkopfabschottung anstatt der umlaufenden Nut eine Vielzahl von um die Maschinenachse angeordnete und sich vom Au- ßendurchmesser im Wesentlichen radial nach innen erstreckende Ausnehmungen auf, in welche die Vorsprünge der Endscheibe eingreifen.

Durch ein derartiges formschlüssiges Arretieren der Wickelkopfabschottung mit der Endscheibe wird ein Verrutschen der Wickel kopfabschottung gegenüber der Endscheibe und dementsprechend gegenüber dem Blechpaket und der Wicklung bzw. den Wickelköpfen vermieden.

Es ist jedoch auch denkbar, dass die Wickelkopfabschottung beispielsweise ein Gewinde aufweist, welches in ein entsprechendes Gegengewinde der Endscheibe eingreift, so dass die Wickelkopfabschottung in die Endscheibe eingeschraubt werden kann.

Dazu weist die Wckelkopfabschottung vorzugsweise ein Außengewinde auf, welches sich beispielsweise entlang eines Endabschnittes auf der Außenseite der Mantelfläche erstreckt, wobei die Endscheibe ein entsprechendes Innengewinde aufweist, welches an der Wandung der Bohrung angeordnet ist.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen eines zylinderförmigen Statorelementes einer elektrischen Maschine mit wenigstens einer Wicklung beansprucht, welche eine Vielzahl um eine Maschinenachse verteilte und jeweils in sich parallel entlang der Maschinen- achse erstreckende Nuten eines zylinderförmigen Blechpaketes des Statorelementes bzw. des Stators aufgenommene Wicklungsabschnitte oder Leiter aufweist, wobei das

Statorelement eine die Maschinenachse umschließende Spaltfläche bildet, an welcher es bei montierter Maschine über einen Maschinenspalt an ein Rotorelement anschließt. Entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens wird jeweils an den Stirnseiten des

Statorelementes eine sich parallel zu der Stirnseite erstreckende und im Wesentlichen zentrisch mit der Maschinenachse gelagerte ringförmige Endscheibe mit dem Blechpaket verschweißt, bevor die Wicklung in die Nuten des Blechpaketes und folglich in sich von einer zentrischen Bohrung der Endscheibe im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden Aussparungen eingebracht wird, und bevor an jeweils einer Endscheibe eine rohrartige und zentrisch mit der Maschinenachse ausgerichtete Wckelkopfabschottung im Wesentlichen biegesteif in Richtung der Maschinenachse und/oder im Wesentlichen unbeweglich entlang der Maschinenachse im Bereich der Bohrung der Endscheibe angeordnet wird. Zur Anordnung der Wickelkopfabschottung an eine Endscheibe werden vorzugsweise die Wicklung bzw. die Leitungen der Wcklung, welche bedingt durch ihre eigene Steifigkeit aufgelockert in der Nut und folglich auch in der Ausnehmung der Endscheibe liegen, mittels einer Vorrichtung in die Nuten gepresst.

Dazu wird vorzugsweise in jeder Nut mindestens ein sich parallel zu der Maschinenachse erstreckender Deckschieber zum Verschließen der Nuten in Richtung der Maschinenachse in die Nuten eingebracht. Vorzugsweise wird mittels einer Positioniervorrichtung danach die Wicklung in radialer Richtung nach außen in die Nuten des Blechpaketes bzw. in die Aussparungen der Endscheiben eingepresst, um eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Füllhöhe der Wicklung in den Nuten bzw. in den Aussparungen zu reduzieren und die Montage der Wckelkopfabschottung zu erleichtern.

Demnach werden die Deckschieber durch diese Positioniervorrichtung derart in Richtung der Wicklung bzw. der Leitungen der Wcklung bewegt, dass die Deckschieber die Leitungen der Wicklung zusammenschieben, wodurch sich die Füllhöhe der Nuten bzw. der Aussparungen, welche demzufolge von den Leitern der Wcklung bestimmt wird, reduziert. Dass heißt, dass die vorzugsweise Kupferleitungen bzw. -drähte in die Nuten des Blechpaketes bzw. in die Aussparungen der Endscheiben hineingepresst werden.

Infolgedessen kann die Wickelkopfabschottung, ohne die Wicklung bzw. die Leitungen der Wicklung zu beschädigen, in die Bohrung der Endscheibe eingeführt werden, um mit der Endscheibe vorzugsweise formschlüssig verbunden werden zu können.

Die vorzugsweise formschlüssige Arretierung der Endscheibe mit der Wckelkopfabschottung erfolgt beispielsweise durch ein Eingreifen bzw. ein Einhaken der oben beschriebenen Vorsprünge der Endscheiben in die Ausnehmungen oder die Nut der Wckelkopfabschottung.

Nach dem Entfernen dieser Positioniervorrichtung dehnt sich die Wcklung in den einzelnen Nuten wieder aus, so dass die Füllhöhe wieder ansteigt, bis die einzelnen Deckschieber an der montierten und mit der Endscheibe arretierten Wickelkopfabschottung anliegen. Demnach kontaktieren die Deckschieber die Wickelkopfabschottung vorzugsweise in dem Bereich der Endscheiben, d.h. stirnseitig des Blechpaketes und damit außerhalb des Blechpaketes. Nachdem nun die Wickel kopfabschottung an beiden Seiten, d.h. an beiden Stirnseiten des Blechpaketes bzw. des Stators montiert wurde, können beispielsweise die verbliebenen Spalte zwischen dem Deckschieber, dem Statorelement und der Wckelkopfabschottung durch Einbringen von Träufelharz verschlossen werden. Vor dem Gießen des Spaltrohres mit beispielsweise Gießharz wird vorzugsweise ein Dorn, welcher im Wesentlichen die Form des zylinderförmigen Spaltrohres abbildet, in eine entlang der Maschinenachse verlaufende Statorbohrung des Statorelementes derart eingebracht, dass ein im Wesentlichen geringfügiger bzw. dünnwandiger Luftspalt zwischen dem Dorn und dem Blechpaket entsteht.

Der Dorn weist vorzugsweise an einer entlang der Maschinenachse betrachteten Seite einen in Umfangsrichtung um den Dorn verlaufenden Vorsprung bzw. Absatz auf, an welchem das Blechpaket und vorzugsweise die Wckelkopfabschottung dieser Seite anliegt, so dass ein Herausfließen der Gussmasse bzw. des Gießharzes bei im Wesentlichen vertikaler bzw. senkrechter Positionierung des Blechpaketes der Maschine verhindert wird.

Demnach fungiert dieser Vorsprung des Dorns vorzugsweise als Fuß, auf welchem das Blechpaket beim Gießvorgang angeordnet wird, während von der anderen Seite die Gussmasse zwischen den Dorn und die erste Wickelkopfabschottung eingefüllt wird und folglich vorzugsweise langsam nach unten in Richtung des Vorsprunges des Dorns läuft, welcher zudem den Füllbereich zwischen der zweiten Wickelkopfabschottung und dem Dorn derart abdichtet, dass ein Herausfließen den Gussmasse verhindert wird..

Der zwischen diesem Dorn und dem Wckelpaket bzw. den Deckschiebern des

Statorelementes bzw. den Wckelköpfen vor dem Gießen bzw. dem Gießprozess entstehen- de und vorzugsweise sehr dünner Luftspalt bildet folglich die Form des späteren Spaltrohres ab.

Vor und während des Gießprozesses des Spaltrohres wird dementsprechend die Maschinenachse des Statorelementes bzw. das Statorelement in eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Position gebracht. Danach wird ein im Wesentlichen fließfähiges Medium in die jeweils verbleibende Spalte zwischen den Deckschiebern, dem Statorelement, der äußeren Oberfläche des Domes und/oder den Wckelkopfabschottungen eingebracht. Vorzugsweise wird das Spaltrohr aus einem Material gefertigt, welches das Magnetfeld zwischen dem Rotor und dem Stator möglichst wenig und vorzugsweise gar nicht beeinflusst, wie beispielsweise Kunststoff, welcher sich durch eine geringe elektrische Leitfähigkeit sowie durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine Ausführungsform eines Statorelementes der erfindungsgemäßen Maschine mit einer Endscheibe und einer Wickel kopfabschottung dargestellt wird. Komponenten, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Komponenten nicht in allen Figuren gekennzeichnet und erläutert sein müssen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausschnittes einer Schnittdarstellung entlang der

Maschinenachse gemäß einer Ausführungsform eines Statorelementes mit einer Endscheibe und eine Wickelkopfabschottung; Fig. 2 eine Prinzipskizze eines Ausschnittes einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Endscheibe mit einer Wckelkopfabschottung; und

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Schnittdarstellung entlang der Maschinenachse gemäß einer Ausführungsform eines Statorelementes mit einem Dorn.

Fig.1 zeigt einen Ausschnitt einer entlang der Maschinenachse M ausgerichtete Schnittdarstellung nach einer Ausführungsform eines Statorelementes 1 mit einer Endscheibe 3 und eine Wickelkopfabschottung 4, wobei die Endscheibe 3 an einer Stirnseite 5a des Blechpaketes 5 angeordnet ist. Die Maschinenachse M erstreckt sich im Wesentlichen horizontal zur Bildebene und repräsentiert die Längsachse des im Wesentlichen zylinderförmigen Statorelementes 1. Die Maschinenachse M erstreckt sich folglich zentrisch durch die Statorbohrung 5b des

Statorelementes und parallel zu den hier nicht gezeigten Nuten des Blechpaketes 5.

Die Endscheibe 3 ist ein dem Statorblechschnitt ähnliches dickwandiges und ringförmiges Blech, deren sich in radialer Richtung erstreckende Länge der Seitenfläche 3a im Wesentlichen länger ist als die sich in parallel zu der Maschinenachse erstreckende Länge der Mantelfläche 3b.

Die Endscheibe 3 weist zudem eine zentrale Bohrung auf, deren Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser 4b der Wickelkopfabschottung 4 entspricht.

Der Außendurchmesser 3d der Endscheibe 3 entspricht in der Größe im Wesentlichen dem Außendurchmesser 5c des Blechpaketes 5.

Die Wicklung (hier nicht gezeigt) des Stators 1 , welche in den Nuten des Stators liegen, erstrecken sich durch die Ausnehmungen (hier nicht gezeigt) der Endscheibe 3, so dass die Wickelköpfe 2 aus der Endscheibe 3 hinausragen.

Sich gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Maschinenachse M verteilte und im Wesentlichen entlang der Maschinenachse M erstreckende Bohrungen 6 der Endscheibe 3 ermöglichen einen Zugang zu den Kühlkanälen 7 des Blechpaketes 5, welche sich identisch zu den Bohrungen 6 vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Maschinenachse M ver- teilen und sich entlang der Maschinenachse M durch das Blechpaket 5 hindurcherstrecken.

Die Wckelkopfabschottung 4 erstreckt sich entlang der Maschinenachse M von dem Blechpaket 5 weg in Richtung des freien Raumes, um den Wckelkopf 2 gegenüber dem Blechpaket 5 bzw. der Statorbohrung 5b des Blechpaketes 5 bzw. des Stators 1 bzw. des

Statorelementes 1 abzudichten und folglich die Wickelköpfe 2 bei einem Gießprozess des Spaltrohres von der Vergussmasse abzuschotten.

Vorzugsweise erstreckt sich die Wckelkopfabschottung 2 entlang der gesamten sich in der Maschinenachse M erstreckenden Länge des Wckelkopfes 2. Des Weiteren weist die Endscheibe 3 einen Vorsprung 8 auf, welcher gemäß der Fig.1 als Rastnase 8 ausgebildet ist und sich von der inneren Seite 3c radial nach innen erstreckt. Dabei weist dieser Vorsprung 8 einen sich im Wesentlichen radial nach innen und folglich orthogonal zu der Maschinenachse M erstreckenden ersten Bereich 8a auf, welche an einen zweiten Bereich 8b des Vorsprunges 8 angrenzt, welcher sich in einem definierten Winkel zu der Maschinenachse M radial nach außen erstreckt. Folglich bildet der Vorsprung 8 eine zahnartige Rastnase 8, mittels derer ein entsprechendes Gegenelement eingerastet und arretiert werden kann. Diese Gegenelemente bzw. Gegenstücke sind die Ausnehmungen 9 bzw. die umlaufende Nut 9 der Wckelkopfabschottung 4, welche sich im Wesentlichen in radialer Richtung von der Außenseite 4c der Wckelkopfabschottung 4 nach innen erstrecken bzw. erstreckt.

Diese Ausnehmungen 9 bzw. diese Nut 9 weisen bzw. weist eine im Querschnitt bzgl. zur Längsrichtung entlang der Maschinenachse betrachtet, viereckige Form mit sich radial nach innen bzw. im Wesentlichen vertikal zur Bildebene gerichteten Seitenflächen 9b und eine im Wesentlichen parallel zur Maschinenachse M verlaufende Grundfläche 9a auf.

Jedoch ist es auch denkbar, dass die Ausnehmung 9 bzw. die Nut 9 eine im Querschnitt betrachtete drei- oder vieleckige Form, abweichend von der in Fig. 2 aufgezeigten Form, aufweisen bzw. aufweist. Demnach sollen die Ausnehmung 9 bzw. die Nut 9 der Wickelabschot- tung 4 sowie auch die Form des Vorsprungs 8 der Endscheibe 3 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine auf keine Form eingeschränkt oder begrenzt werden.

In der Fig.2 wird in einer Prinzipskizze ein Ausschnitt aus einer Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Endscheibe 3 mit einer Wickel kopfabschottung 4 gezeigt. Zudem werden Deckschieber 11 dargestellt, welche derart in die Nuten (hier nicht gezeigt) des Blechpaketes (hier nicht gezeigt) und folglich auch in die Aussparungen 12 der Endscheibe 3 eingebracht sind, dass sie die Wcklung 10 in Richtung der Maschinenachse M bzw. in Richtung der Wickelkopfabschottung 4 begrenzen. Entsprechend dieser in Fig.2 dargestellten Ansicht weist der Deckschieber 1 1 eine im Halbkreis gebogene Form auf, wenn dieser in der Nut des Blechpaketes und folglich auch in die Aussparung 12 der Endscheibe 3 angeordnet ist, wobei sich die Enden des Deckschiebers 1 1 im Wesentlichen von der Maschinenachse M weg radial nach außen richten. Folglich erstrecken sich die Deckschieber 11 parallel zu der Maschinenachse M und entlang der Maschinenachse M, um ein Austreten der Wicklung 10 aus den Aussparungen 12 bzw. aus den Nuten des Blechpaketes zu verhindern. Die Bohrungen 6 in der Endscheibe 3, welche die Öffnungen zu den Kühlkanälen 7 des Blechpaketes bilden, sind im Vergleich zu den Aussparungen 12 ebenfalls gleichmäßig in Umfangsrichtung der Endscheibe 3 um die Maschinenachse M verteilt und liegen in radialer Richtung von der Maschinenachse M aus betrachtet hinter den Aussparungen 12 und in Umfangsrichtung der Scheibe aus betrachtet zwischen jeweils zwei Aussparungen 12.

Es ist jedoch auch denkbar, dass eine größere oder eine kleinere Anzahl von Bohrungen 6 verwendet wird, da die Anzahl der Bohrungen 6 vorzugsweise mit der Anzahl der Kühlkanäle übereinstimmt. So kann beispielsweise eine im Aufbau größere elektrische Maschine, welche eine höhere thermische Energie erzeugen kann als eine im Aufbau entsprechend kleiner ausgelegte elektrische Maschine dementsprechend auch mehr Bohrungen 6 aufgrund einer Mehrzahl an vorhandenen im Blechpaket verlaufenden Kühlkanäle aufweisen, als die im Vergleich betrachtete kleinere Maschine.

Demzufolge kann auch die Anordnung der Bohrungen 6 zu der in der Fig.2 gezeigten Anord- nung abweichen, so dass beispielsweise die Bohrungen 6 auch in zwei Reihen übereinander angeordnet sein können, D.h., dass in radialer Richtung von der Maschinenachse M nach außen betrachtet hinter der ersten Bohrungsreihe eine weitere Bohrungsreihe angeordnet ist, wobei die einzelnen Bohrungen vorzugsweise in Umfangsrichtung gesehen, versetzt zueinander angeordnet wären.

Es ist zudem möglich, dass die Bohrungen 6 jeweils zwischen den Aussparungen 12 angeordnet sind, insofern auch die Kühlkanäle bzw. die Kanäle bzw. Bohrungen zur Führung der Kühlflüssigkeit in dem Blechpaket zwischen die Nuten des Blechpaktes eingebracht sind. Infolgedessen soll die erfindungsgemäße Maschine nicht auf die Anzahl und /oder die Anordnung und/oder die Form bzw. Ausformung der Bohrungen 6 eingeschränkt oder begrenzt werden, da die Anordnung und Anzahl der Bohrungen 6 von der Anordnung und Anzahl der Kühlkanäle in der Maschine abhängen, welche wiederum je nach Auslegung (Leistung) und Verwendung der Maschine angeordnet werden. Der jeweils zwischen dem Deckschieber 11 , der Aussparungen 12 der Endscheibe 3 und der Wickelkopfabschottung 4 verbleibende Zwischenraum bzw. Hohlraum bzw. Spalte S kann mittels eines Träufelharzes verschlossen werden. Des Weiteren ist es möglich mittels einer Nutenisolation 13 die Wcklung 10, welche sich im Wesentlichen parallel entlang der Maschinenachse M durch die Endscheibe 3 und im Speziellen durch de Aussparungen 12 der Endscheibe 3 erstrecken, gegenüber der Endscheibe 3, welche vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie Metall, hergestellt wird, zu isolieren, um eine Übertragung elektrischer Energie an die Endscheibe 3 zu vermeiden.

In der Prinzipskizze der Fig.3 ist eine Ausführungsform eines Statorelements 1 in einer entlang der Maschinenachse M erfolgten Schnittdarstellung mit einem Dorn 30, welcher eine der Spaltrohrinnenseite ähnliche Form aufweist, dargestellt. Der Dorn 30 erstreckt sich innerhalb und entlang der Statorbohrung 5b derart, dass er innerhalb den beiden Wckelkopf- abschottungen 4 angeordnet ist und vorzugsweise an entlang der Maschinenachse M betrachteten beiden Seiten aus dem Statorelement 1 hervorsteht und folglich im Wesentlichen länger ist als das Statorelement 1 mitsamt der Wckelköpfe 2.

Der Dorn 30 weist einen Vorsprung 30a auf, der sich im Wesentlichen an einer Seite des Dorns 30 in Umfangsrichtung um den Dorn 30 erstreckt und folglich eine Art Fuß bildet, auf welchem das Statorelement 1 über eine Wickelkopfabschottung 4 derart positioniert wird, dass die Maschinenachse M im Wesentlichen senkrecht zur Horizontalebene ausgerichtet ist. Demzufolge wird für einen Gießprozess das Statorelement 1 mit angeordneten Endscheiben 3 und daran fixierten Wickelkopfabschottungen 4 in eine aufrechte, im Wesentlichen senkrecht ausgerichtete Position gebracht.

Der Dorn 30 bzw. der Vorsprung 30a des Dorns 30 berührt folglich das in dem Stator 1 unten positionierte Enden der Wickelkopfabschottung 4, um zwischen den Wckelkopfabschottun- gen 4 und den Deckschiebern (hier nicht gezeigt) bzw. dem Blechpaket 5 und der Außenseite des Dorns 30 einen verbleibenden Raum 31 zu bilden, welcher sich innerhalb der

Statorbohrung 5b um die Maschinenachse M erstreckt. Da wie oben bereits erwähnt das Statorelement 1 bzw. der Stator 1 derart ausgerichtet bzw. positioniert ist, dass sich die Maschinenachse M senkrecht zur Bildebene erstreckt,, ist es möglich den Hohlraum 31 beispielsweise mit einer Kunststoffmasse auszufüllen, um folglich ein Spaltrohr zwischen dem Stator 1 und dem Rotor (hier nicht gezeigt) zu erzeugen.

Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1 Statorelement

2 Wickelkopf

3 Endscheibe

3a Seitenfläche

3b Mantelfläche

3c innere Fläche

4 Wickelkopfabschottung

4a Innendurchmesser

4b Außendurchmesser

5 Blechpaket

5a Stirnseite

5b Statorbohrung

6 Kühlkanalbohrung in der Endscheibe

7 Kühlkanal

8 Vorsprung

8a erster Bereich

8b zweiter Bereich

9 Ausnehmung

9a Grundfläche

9b Seitenfläche

10 Wicklung

1 1 Deckschieber

12 Aussparung 13 Nutenisolation

30 Dorn

30a Vorsprung des Dorns

31 Hohlraum

S Spalte

M Maschinenachse

Claims

Patentansprüche

Elektrische Maschine mit einem zylinderförmigen Statorelement (1) mit wenigstens einer Wicklung (10), welche eine Vielzahl um eine Maschinenachse (M) verteilte und jeweils in sich parallel entlang der Maschinenachse (M) erstreckende Nuten eines zylinderförmigen Blechpaketes (5) des Statorelementes (1) aufgenommene Wicklungsabschnitte oder Leiter aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Statorelement (1) jeweils stirnseitig eine sich parallel zu den Stirnseiten (5a) erstreckende, ringförmige Endscheibe (3) aufweist, an welcher im Bereich einer um die Maschinenachse (M) verlaufende Statorbohrung (5b) des Statorelementes (1) jeweils eine im Wesentlichen mit der Maschinenachse (M) zentrierte und im Wesentlichen orthogonal zu der Endscheibe (3) ausgerichtete und sich von dem Statorelement wegstreckende rohrartige Wickel kopfabschottung (4) im Wesentlichen biegesteif in Richtung der Maschinenachse (M) und/oder unbeweglich entlang der Maschinenachse (M) angeordnet ist.

Maschine gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Endscheibe (3) eine zentrische Bohrung aufweist, welche einen im Wesentlichen gleich großen Bohrungsdurchmesser wie der Innendurchmesser des Blechpaketes des Statorelementes (1) aufweist, wobei die Endscheibe (3) zudem einen im Wesentlichen gleich großen Außendurchmesser (3d) wie der Außendurchmesser (5c) des Blechpaketes (5) des Statorelementes (1) aufweist.

Maschine gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Endscheibe (3) eine Vielzahl von sich von dem Bohrungsdurchmesser radial nach außen erstreckende und im Wesentlichen gleichmäßig um die Maschinenachse (M) verteilte Aussparungen (12) aufweist, welche im Wesentlichen die Form der im ortho- gonal zur Maschinenachse (M) verlaufenden Querschnitt betrachteten Nuten des Blechpaketes (5) aufweisen.

Maschine gemäß Anspruch 3

dadurch gekennzeichnet, dass

die Endscheibe (3) eine Vielzahl an um die Maschinenachse (M) gleichmäßig verteilte Bohrungen (6) zur Kühlung des Blechpaketes (5) bzw. zur Führung des Kühlmittels aufweist, welche in radial nach außen betrachteter Richtung hinter den Aussparungen (12) und in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Aussparungen (12) angeordnet sind.

Maschine gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Endscheibe (3) eine Vielzahl sich von dem Bohrungsdurchmesser aus radial nach innen erstreckende und im Wesentlichen gleichmäßig um die Maschinenachse (M) verteilte Vorsprünge (8) zur Positionierung der Wickelkopfabschottung (4) aufweist.

Maschine gemäß Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wickelkopfabschottung (4) eine im Wesentlichen durchgängig um die Maschinenachse (M) verlaufende und sich vom Außendurchmesser (4b) im Wesentlichen radial nach innen erstreckende Nut (9) aufweist, in welche die Vorsprünge (8) der Endscheibe (3) eingreifen.

Verfahren zum Herstellen eines zylinderförmigen Statorelementes (1) einer elektrischen Maschine mit wenigstens einer Wcklung (10), welche eine Vielzahl um eine Maschinenachse (M) verteilte und jeweils in sich parallel entlang der Maschinenachse (M) erstreckende Nuten eines zylinderförmigen Blechpaketes (5) des

Statorelementes (1) aufgenommene Wicklungsabschnitte oder Leiter aufweist, wobei das Statorelement (1) eine die Maschinenachse (M) umschließende Spaltfläche bildet, an welcher es bei montierter Maschine über einen Maschinenspalt an ein Rotorelement anschließt,

dadurch gekennzeichnet, dass

jeweils an den Stirnseiten (5a) des Statorelementes (1) eine sich parallel zu der Stirnseite (5a) erstreckende und im Wesentlichen zentrisch mit der Maschinenachse (M) gelagerte ringförmige Endscheibe (3) mit dem Blechpaket (5) verschweiß wird, bevor die Wicklung (10) in die Nuten des Blechpaketes (5) und folglich in sich von einer zentrischen Bohrung der Endscheibe (3) im Wesentlichen radial nach außen erstreckenden Aussparungen (12) eingebracht wird, und bevor an jeweils einer Endscheibe (3) eine rohrartige und zentrisch mit der Maschinenachse (M) ausgerichtete Wickelkopfabschottung (4) im Wesentlichen biegesteif in Richtung der Maschinenachse (M) und/oder im Wesentlichen unbeweglich entlang der Maschinenachse (M) im Bereich der Bohrung der Endscheibe (3) angeordnet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

in jeder Nut mindestens ein sich parallel zu der Maschinenachse (M) erstreckender Deckschieber (11) zum Verschließen der Nuten in Richtung der Maschinenachse in die Nuten eingebracht wird.

9. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

mittels einer Positioniervorrichtung die Wicklung (10) in radialer Richtung nach außen in die Nuten des Blechpaketes (5) eingepresst wird, um eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Füllhöhe der Wicklung (10) in den Nuten zu reduzieren und die Montage der Wickelkopfabschottung (4) zu erleichtern.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Dorn (30), welcher im Wesentlichen die Form des zylinderförmigen Spaltrohres abbildet, in eine entlang der Maschinenachse (M) verlaufende Statorbohrung (5b) des Statorelementes (1) derart eingebracht wird, dass ein im Wesentlichen geringfügiger bzw. dünnwandiger Hohlraum (31) zwischen dem Dorn und dem Blechpaket entsteht.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein im Wesentlichen fließfähiges Medium in den verbleibenden Hohlraum (31) zwischen den Deckschiebern (11), dem Statorelement (1), der äußeren Oberfläche des Domes (30) und den Wickelkopfabschottungen (4) eingebracht wird, um ein Spaltrohr zu formen.

12. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das die Maschinenachse (M) des Statorelementes (1) vor und während des Gießpro- zesses in eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Position gebracht wird.