ELEKTROMOTOR SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN STATORS

Die Erfindung betrifft einen insbesondere als Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges einsetzbaren Elektromotor mit einem ein Statorblech, eine Wicklung mit einem Wickelkopf und eine

Isolierscheibe umfassenden Stator. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur

Herstellung eines Stators für einen derartigen Elektromotor.

Ein als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug ausgebildeter Elektromotor weist üblicherweise einen Rotor und einen diesen umschließenden Stator mit einer Wicklung auf. Dabei umschließt ein vorzugsweise als Kühleinheit ausgebildetes Gehäuse den Stator sowohl radial außen als auch axial stirnseitig. In Längsnuten des Stators bzw. des Statorbleches ist eine Wicklung angeordnet, wobei ein Wickelkopf der Wicklung in axialer Richtung aus dem Stator herausragt.

Die DE 10 2013 209 333 A1 beschreibt bereits einen Elektromotor mit einem Stator der eingangs genannten Art. Der Stator weist ein Statorblech auf, welcher aus einem

hohlzylindrischen Blechpaket aus einer Vielzahl von Blechen besteht. In dem

Innenzylindermantel des Statorbleches sind Längsnuten zur Aufnahme einer elektrischen Wicklung eingebracht. Weiterhin weist der Elektromotor eine am Nutausgang des Statorbleches angeordnete Isolierscheibe auf, welche die aus der Nut austretende Wicklung gegenüber dem Statorblech isoliert.

Aus der US 2012/0274156 A1 ist ebenfalls bereits ein Elektromotor mit einem ein Statorblech eine Wicklung mit einem Wickelkopf und einer Isolierscheibe umfassenden Stator bekannt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor derart auszuführen, dass eine zuverlässige Isolierung der Wicklung und des Wickelkopfes des Stators auch zu den benachbarten Bauteilen sichergestellt ist. Außerdem soll ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen solchen Elektromotor zur Verfügung gestellt werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Elektromotor gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist also ein Elektromotor vorgesehen, bei welchem die Isolierscheibe zweiteilig ausgebildet ist und der zwei jeweils ringförmig ausgebildete und lösbar miteinander verbundene Scheibenelemente aufweist, wobei das erste Scheibenelement an einer Stirnseite des zylindrisch ausgebildeten Statorbleches und das zweite Scheibenelement an dem ersten Scheibenelement fixiert ist und der in axialer Richtung aus dem Statorblech herausragende Wickelkopf der Wicklung zumindest teilweise derart in einem von den beiden

Scheibenelementen begrenzten Raum angeordnet ist, dass die beiden Scheibenelemente eine elektrische Isolierung zwischen der Wicklung bzw. dem Wickelkopf und dem Statorblech, zwischen der Wicklung bzw. dem Wickelkopf und einem radial außenliegenden Bauteil und zwischen der Wicklung bzw. dem Wickelkopf und einem axial stirnseitigen Bauteil bilden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Isolierscheibe wird erstmals eine Möglichkeit zur Verfügung gestellt, den Wickelkopf des Stators umlaufend sowohl zum Statorblech als auch zu den radial bzw. axial benachbarten Bauteilen, insbesondere zur Kühleinheit des Elektromotors, sicher, zuverlässig und dauerhaft zu isolieren. Die beiden Scheibenelemente bilden eine Isolierung mit einem U-förmig ausgebildeten Querschnitt, welche den Wickelkopf an drei Seiten umschließt. Hierdurch wird eine axiale Isolation des Wickelkopfes geschaffen, welche es ermöglicht, dass der Stator bei der Herstellung des Elektromotors tiefer in die Kühleinheit, insbesondere bis auf Anlage, gefügt wird, sodass axialer Bauraum eingespart werden kann. Außerdem weist die aus den beiden Scheibenelementen bestehende Isolierscheibe eine Formstabilität auf, welche es ermöglicht, den hergestellten Stator auf der Isolierscheibe abzustellen, ohne dass der Wickelkopf oder die beiden Scheibenelemente zerstört oder beschädigt werden.

Sowohl das erste als auch das zweite Scheibenelement bestehen aus einem geeigneten Kunststoff. Durch die Zweiteiligkeit der Isolierscheibe kann eine Herstellung der Isolierscheibe bzw. der beiden Scheibenelement durch Spritzgießen erfolgen. Verfahrensbedingt ist das Spritzgießen einer einteiligen Isolierscheibe mit einem U-förmigen Querschnitt nicht möglich. Außerdem wird erst durch die Zweiteiligkeit die Montierbarkeit einer derartig ausgestalteten U-förmigen Isolierscheibe ermöglicht. Hierbei wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, zunächst das erste Scheibenelement an dem Statorblech fixiert und die Fixierung des zweiten Scheibenelementes am ersten Scheibenelement erfolgt erst nach dem Einlegen der Wicklung in die Nuten des Stators. Hierdurch bleibt beim Einlegen der Wicklung mehr Freiraum im radial äußeren Bereich. Eine Montage des ersten Scheibenelementes und des zweiten

Scheibenelementes nach dem Einlegen der Wicklung in den Stator ist ebenso wenig möglich wie eine Montage der beiden Scheibenelement am Stator, bevor die Wicklungen eingelegt werden. Für die Isolierung der Wicklung bzw. des Wickelkopfes gegenüber dem Statorblech erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass das erste Scheibenelement umlaufend angeordnete und sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge sowie die Wicklung aufnehmende Nuten aufweist. Dabei sind die Nuten des ersten Scheibenelementes deckungsgleich zu den sich radial nach innen erstreckenden Nuten im hohlzylindrischen Statorblech angeordnet, sodass das erste Scheibenelement die Stirnseite des hohlzylindrischen Statorbleches vollständig abdeckt und elektrisch isoliert.

Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die axiale Erstreckung des aus dem Statorblech herausragenden Wickelkopfes größer ist, als die axiale Erstreckung des ersten Scheibenelementes. Hierdurch wird beim Einlegen der Wicklungen mehr radialer Freiraum und eine ausrechende Zugängigkeit zum Wickelkopf gewährleistet, sodass dieser bzw. die einzelnen Drähte des Wickelkopfes noch vor der Fixierung bzw. Montage des zweiten Scheibenelementes am ersten Scheibenelement in die gewünschte bzw. erforderliche, insbesondere kompakte Form geformt bzw. gebogen werden kann bzw. können.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das erste Scheibenelement zumindest ein Führungselement aufweist, welches sowohl in eine korrespondierende Aussparung in dem Statorblech als auch in eine korrespondierende Aussparung im zweiten Scheibenelement eingreift. Hierdurch wird mit nur einem Führungselement gleichzeitig eine definierte Winkellage zwischen dem Statorblech und dem ersten Scheibenelement und zwischen dem ersten Scheibenelement und dem zweiten Scheibenelement erreicht. Außerdem bildet das Führungselement zusammen mit den entsprechenden Aussparungen in dem Statorblech und dem zweiten Scheibenelement eine axiale Führung bei der Fixierung der beiden Scheibenelemente an den jeweiligen

Verbindungspartnern. Vorzugsweise sind mehrere über den Umfang gleichverteilt angeordnete Führungselemente an dem ersten Scheibenelement und mehrere entsprechende

Aussparungen am Statorblech und dem zweiten Scheibenelement vorgesehen. Darüber hinaus kann durch das Führungselement auch eine Fixierung des ersten Scheibenelementes am Statorblech erfolgen.

Die Fixierung zwischen den beiden Scheibenelementen kann beispielsweise durch Verkleben oder Verstemmen erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, dass die Fixierung des zweiten Scheibenelementes an dem ersten Scheibenelement durch eine

Rastverbindung erfolgt, wobei die beiden Scheibenelemente jeweils zumindest ein Rastelement aufweisen. Durch eine Rastverbindung wird eine einfach handhabbare sowie lösbare Fixierung zwischen den beiden Scheibenelementen zur Verfügung gestellt. Hierdurch besteht die

Möglichkeit einer zerstörungsfreien Demontage und des Austausches von defekten bzw.

beschädigten Scheibenelementen.

Eine weitere zweckmäßige Gestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das zweite Scheibenelement einen sich in axialer Richtung erstreckenden umlaufenden Axialabschnitt und einen sich in radialer Richtung erstreckenden umlaufenden Radialabschnitt aufweist, wobei das zweite Scheibenelement im Bereich des Axialabschnittes an dem ersten Scheibenelement fixiert ist. Hierbei sind der Axialabschnitt und der Radialabschnitt einteilig bzw. einstückig miteinander verbunden. Das zweite Scheibenelement übernimmt durch diese L-förmige

Ausgestaltung sowohl die Isolation des Wickelkopfes gegenüber dem radial außen

angeordneten Bauteil, insbesondere der Kühleinheit oder einem Gehäusebauteil, als auch gegenüber dem axial stirnseiteigen Bauteil, insbesondere der Kühleinheit oder einem anderen Gehäusebauteil.

Außerdem ist vorgesehen, dass eine dem Radialabschnitt abgewandte Stirnseite des

Axialabschnittes an dem Statorblech anliegt. Hierdurch bildet der Axialabschnitt eine radiale Isolierung für den Wickelkopf, und zwar über die gesamte aus dem Statorblech herausstehende axiale Erstreckung des Wickelkopfes. Bei der Fixierung des zweiten Scheibenelementes am ersten Scheibenelement erfolgt die Fügebewegung bis zum Anschlag an das Statorblech.

Es erweist sich als besonders vorteilhaft, dass der Radialabschnitt des zweiten

Scheibenelementes eine oder mehrere Funktionsöffnungen und/oder ein oder mehrere

Funktionselemente aufweist, welche in dem Scheibenelement integriert oder einstückig mit diesem verbunden sind.

Derartige Funktionselemente können als auf einer dem Statorblech abgewandten Seite des Radialabschnittes angeordnete und sich axial erstreckende Vorsprünge ausgebildet sein.

Derartige Vorsprünge können als Aufstellpunkte für den hergestellten Stator dienen. So kann der Stator beispielsweise nach dem Einbringen des Wickelkopfes in ein Imprägnierbad auf den Vorsprüngen abgestellt werden, sodass überschüssige Imprägnierflüssigkeit schwerkraftbedingt aus dem Wickelkopf abfließen kann. Um einen sicheren Stand zu gewährleisten, sind mindestens drei auf dem Umfang gleichverteilt angeordnete Vorsprünge vorgesehen. Die im Radialabschnitt angeordneten Funktionsöffnungen können beispielsweise als Ablauföffnungen für die nach dem Imprägnierbad des Wickelkopfes vorhandene überschüssige Imprägnierflüssigkeit oder als Durchgangsöffnung für einen in den Wickelkopf einsteckbaren Temperatursensor ausgebildet sein. Hierbei kann der Durchgangsöffnung ein Einführtrichter zugeordnet sein, welcher sich auf einer dem Statorblech abgewandten Seite des

Radialabschnittes in axialer Richtung erstreckt.

Selbstverständlich kann auch der Axialabschnitt des zweiten Scheibenelementes und/oder das erste Scheibenelement weitere Funktionsöffnungen oder Funktionselemente aufweisen.

Beispielsweise kann der Axialabschnitt Aussparungen aufweisen, welche zusammen mit entsprechend angeordneten Laschen des ersten Scheibenelementes eine Aufnahme, beispielsweise für ein Dreibackenfutter einer Greifeinrichtung bilden. Hierdurch wird die

Handhabung des Stators erleichtert.

Diese zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stators für einen Elektromotor vorgesehen, welcher aus einem Statorblech, einer Wicklung mit einem Wickelkopf und aus einer zwei ringförmig ausgebildete Scheibenelemente aufweisenden Isolierscheibe besteht, und bei welchem zunächst das erste Scheibenelement, welches sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge und Nuten aufweist, an dem zylindrisch ausgebildeten Statorblech fixiert wird und anschließend die Wicklung derart in im Statorblech vorgesehene Nuten und die Nuten in dem ersten Scheibenelement eingebracht wird, dass ein Wickelkopf der Wicklung in axialer Richtung aus dem Statorblech herausragt und bei welchem nachfolgend das zweite Scheibenelement derart an dem ersten Scheibenelement fixiert wird, dass sich der Wickelkopf zumindest teilweise derart in einem zwischen den beiden Scheibenelementen ausgebildeten Raum befindet.

Durch die nachträgliche Fixierung des zweiten Scheibenelementes bleibt beim Einlegen der Wicklung mehr Freiraum im radial äußeren Bereich. Außerdem besteht auch nach dem

Einlegen der Wicklung noch eine ausreichende Zugängigkeit zum Wickelkopf, sodass dieser vor der Fixierung bzw. Montage des zweiten Scheibenelementes am ersten Scheibenelement durch ein Vorformen bzw. Biegen in die gewünschte bzw. erforderliche und kompakte Form gebracht werden kann. Eine Montage des ersten Scheibenelementes und des zweiten Scheibenelementes nach dem Einlegen der Wicklung in den Stator ist ebenso wenig möglich, wie auch eine Montage der beiden Scheibenelement am Stator bevor die Wicklungen eingelegt werden.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Elektromotor in einer geschnittenen Darstellung;

Fig. 2 ein erstes Scheibenelement einer zweiteiligen Isolierscheibe in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 3 ein zweites Scheibenelement einer zweiteiligen Isolierscheibe in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 4 das an einem Statorblech fixierte erste Scheibenelement mit einer einen Wickelkopf aufweisenden Wicklung;

Fig. 5 das in Figur 4 dargestellte Statorblech mit einem an dem ersten Scheibenelement

fixierten zweiten Scheibenelement;

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Rastverbindung zwischen den beiden

Scheibenelementen.

Figur 1 zeigt einen als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug ausgebildeten erfindungsgemäßen Elektromotor 1 in einer geschnittenen Darstellung. Der Elektromotor 1 weist einen Rotor 2, einen Stator 3 sowie eine den Stator 3 umschließende Kühleinheit 4 auf. Die Kühleinheit 4 besteht aus einem ersten Bauteil 5, welches den Stator 3 radial außen umlaufend umschließt und einem zweiten Bauteil 6, welches den Stator 3 axial stirnseitig umgibt. Die beiden die Kühleinheit 4 bildenden Bauteile 5, 6 sind einteilig ausgebildet.

Der Stator 3 umfasst ein aus einem Blechpaket bestehendes hohlzylindrisches Statorblech 7, eine aus mehreren Drähten bestehende Wicklung 8, insbesondere eine Wellenwicklung, mit einem axial aus dem Statorblech 7 herausragenden Wickelkopf 9 sowie eine Isolierscheibe 10. Hierbei ist die Wicklung 8 in sich radial nach innen erstreckenden Nuten des Statorbleches 7 angeordnet.

Die Isolierscheibe 10 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst ein erstes ringförmiges

Scheibenelement 1 1 , welches unmittelbar an einer Stirnseite des Statorbleches 7 fixiert ist sowie ein zweites ringförmiges Scheibenelement 12, welches wiederum unmittelbar an dem ersten Scheibenelement 1 1 fixiert ist. Der in axialer Richtung aus dem Statorblech 7

herausragende Wickelkopf 9 ist in einem von den beiden Scheibenelementen 1 1 , 12

begrenzten Raum 13 derart angeordnet, dass die Scheibenelemente 1 1 , 12 zusammen eine elektrische Isolierung zwischen der Wicklung 8 bzw. dem Wickelkopf 9 und dem Statorblech 7 sowie zwischen dem Wickelkopf 9 und dem radial außenliegenden Bauteil 5 und dem einem axial stirnseitigen Bauteil 6 bilden.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der beiden die Isolierscheibe 10 bildenden

Scheibenelemente 1 1 , 12 ist den Figuren 2 und 3 zu entnehmen. Hierbei zeigt Figur 2 das erste ringförmig geschlossene Scheibenelement 1 1 und Figur 3 das zweite ringförmig geschlossene Scheibenelement 12 jeweils in einer perspektivischen Darstellung.

Das erste Scheibenelement 1 1 weist eine Vielzahl kammartiger, umlaufend und gleichverteilt angeordneter Vorsprünge 14 auf, welche sich radial derart nach innen erstrecken, dass sich zwischen den Vorsprüngen 14 eine Vielzahl von zur Aufnahme der Wicklung 8 vorgesehenen Nuten 15 ausbildet. Weiterhin umfasst das erste Scheibenelement 1 1 mehrere auf dem Umfang gleichverteilt angeordnete und sich axial erstreckende Führungselemente 16 zur

Gewährleistung einer definierten Winkellage zwischen dem ersten Scheibenelement 1 1 und dem Statorblech 7 sowie zwischen dem ersten Scheibenelement 1 1 und dem zweiten

Scheibenelement 12. Zur Aufnahme der Führungselemente 16 sind im Statorblech 7 und im zweiten Scheibenelement 12 entsprechende Aussparungen 22, 27 vorgesehen (siehe beispielsweise Figuren 4 und 5). Außerdem weist das erste Scheibenelement 1 1 mehrere auf dem Umfang gleichverteilt angeordnete Rastelemente 17 zur Fixierung des zweiten

Scheibenelementes 12 sowie mehrere Laschen 18 auf, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird.

Das in Figur 3 dargestellte zweite Scheibenelement 12 besteht aus einem sich in axialer Richtung erstreckenden umlaufenden Axialabschnitt 19 und einem sich in radialer Richtung erstreckenden umlaufenden Radialabschnitt 20, wobei der Axialabschnitt 19 und der

Radialabschnitt 20 einteilig miteinander verbunden sind. Wie in Figur 1 zu erkennen, isoliert der Axialabschnitt 19 den Wickelkopf 9 gegenüber dem radial außenliegenden Bauteil 5 während der Radialabschnitt 20 den Wickelkopf 9 gegenüber dem axial stirnseitigen Bauteil 6 isoliert. Außerdem weist der Axialabschnitt 19 des zweiten Scheibenelementes 12 mehrere auf dem Umfang gleichverteilt angeordnete Rastelemente 21 zur Fixierung an dem ersten

Scheibenelement 1 1 und mehrere Aussparungen 22 zur Aufnahme der Führungselemente 16 des ersten Scheibenelementes 1 1 auf. Weitere im Axialabschnitt 19 angeordnete

Aussparungen 23 bilden zusammen mit den entsprechend angeordneten Laschen 18 am ersten Scheibenelement 1 1 Aufnahmen 30 (siehe Figur 5) für ein Dreibackenfutter einer

Greifeinrichtung.

Außerdem dient der Radialabschnitt 20 zur Aufnahme bzw. Integration von weiteren

Funktionselementen und Funktionsöffnungen. Diese sind beispielsweise als Ablauföffnungen 24 für Imprägnierflüssigkeit oder als eine mit einem Einführtrichter 25 versehene Öffnung für einen Temperatursensor ausgebildet. Weiterhin sind in Figur 3 noch drei sich axial erstreckende Vorsprünge 26 vorgesehen, welche auf einer dem Statorblech 7 abgewandten Seite des Radialabschnittes 20 angeordnet sind und die als Aufstell punkte für den hergestellten Stator 3 dienen.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Stators 3 für den Elektromotor 1 anhand der Figuren 4 und 5 in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 beschrieben. Zunächst wird das erste Scheibenelement 1 1 in einer definierten Winkellage am Statorblech 7 fixiert, sodass die Nuten 15 im ersten Scheibenelement 1 1 deckungsgleich zu den Nuten im Statorblech 7 angeordnet sind. Hierbei greifen die am ersten Scheibenelement 1 1 angeordneten

Führungselemente 16 in entsprechende Aussparungen 27 im Statorblech 7 ein. Durch das Eingreifen der Führungselemente 16 in die Aussparungen 27 erfolgt neben der

Winkelausrichtung gleichzeitig auch eine insbesondere lösbare Fixierung des ersten

Scheibenelementes 1 1 am Statorblech 7.

Anschließend wird die Wicklung 8 in die Nuten des Statorbleches 7 und Nuten 15 des ersten Scheibenelementes 1 1 derart eingebracht, dass sich ein aus dem Statorblech 7 und dem ersten Scheibenelement 1 1 herausragender und axial erstreckender Wickelkopf 9 ausbildet. Wie in Figur 4 zu erkennen, ist die axiale Erstreckung des Wickelkopfes 9 größer als eine axiale Erstreckung des ersten Scheibenelementes 1 1 , sodass sich eine entsprechende Zugängigkeit zum Wickelkopf 9 von radial äußerer, von radial innerer und von axial stirnseitiger Seite ergibt. Hierdurch ist ausreichend Freiraum vorhanden, um den Wickelkopf 9 vor der Anordnung und Fixierung des zweiten Scheibenelementes 12 zu komprimieren und in die erforderliche geometrische Form zu bringen.

Nachfolgend wird dann, wie in Figur 4 durch Richtungspfeile 28 angedeutet, das zweite

Scheibenelement 12 am ersten Scheibenelement 1 1 fixiert. Zur Gewährleistung einer definierten Winkellage zwischen den beiden Scheibenelementen 1 1 , 12 greifen die am ersten Scheibenelement 1 1 angeordneten Führungselemente 16 des ersten Scheibenelementes 1 1 in die entsprechenden Aussparungen 22 im zweiten Scheibenelement 12 ein. Kurz vor Anlage des Axialabschnittes 19 des zweiten Scheibenelementes 12 an der Stirnseite des Statorbleches 7 wird durch die Rastelemente 17, 21 der beiden Scheibenelemente 1 1 , 12 eine lösbare

Rastverbindung 29 zwischen den beiden Scheibenelementen erzeugt, sodass das zweite Scheibenelement 12 wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt am ersten Scheibenelement 1 1 fixiert ist und sich der Wickelkopf 9 zumindest teilweise in einem zwischen den beiden

Scheibenelementen 1 1 , 12 ausgebildeten Raum 13 befindet. Die sich durch die Fixierung des zweiten Scheibenelementes 12 am ersten Scheibenelement 1 1 ausbildende Isolierscheibe 10 weist umlaufend einen U-förmigen Querschnitt auf.

In Figur 5 sind auch die durch die Laschen 18 im ersten Scheibenelement 1 1 und die

Aussparungen 23 im zweiten Scheibenelement gebildeten Aufnahmen 30 für ein

Dreibackenfutter einer Greifeinrichtung zu erkennen, durch welche die Handhabung des hergestellten Stators 3 erleichtert wird.

Bezugszeichenliste

Elektromotor 16 Führungselemer

Rotor 17 Rastelement

Stator 18 Lasche

Kühleinheit 19 Axialabschnitt

Bauteil 20 Radialabschnitt

Bauteil 21 Rastelement

Statorblech 22 Aussparung

Wicklung 23 Aussparung

Wickelkopf 24 Ablauföffnung

Isolierscheibe 25 Einführtrichter erstes Scheibenelement 26 Vorsprung zweites Scheibenelement 27 Aussparung

Raum 28 Richtungspfeil

Vorsprung 29 Rastverbindung

Nut 30 Aufnahme