Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stator für einen elektrischen Linear¬ oder Rotationsmotor oder für einen Linear- oder Rotationsgenerator, welcher Stator sich längs einer Statorlängsrichtung erstreckt, mit einer Läuferseite, welche im montierten Zustand des Motors oder des Generators einem bewegten Läufer oder Rotor zugewandt ist, wobei der Stator umfasst: - einen in Statorlängsrichtung verlaufenden Statorkern, - eine Mehrzahl von in Statorlängsrichtung aufeinander folgenden und mit Abstand voneinander angeordneten Polschuhen, welche von dem Statorkem zur Läuferseite hin abstehen, - eine Mehrzahl von in Statorlängsrichtung aufeinander folgenden und mit Abstand voneinander angeordneten Wickelspulen, welche zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes mit einer Spannungs- quelle verbunden oder verbindbar sind, - einen Statorboden, welcher wenigstens eine längs der Statorlängs¬ richtung verlaufende Seitenwand und einen dieser benachbarten Bodenabschnitt umfasst und an welchem der Statorkern, die Pol¬ schuhe und die Wickelspulen aufgenommen sind, wobei wenigstens ein Polschuh durch wenigstens ein Halteelement gegen ein Abheben vom Statorkern in Richtung zu der Läuferseite hin gesichert ist, welches Halteelement mit einem Eingriffsbereich des wenigstens einen Pol¬ schuhs zusammenwirkt.

Ein derartiger Stator ist beispielsweise aus der DE 200 16 641 LM bekannt. Bei dem bekannten Stator sind an den in Statorquerrichtung weisenden Sei¬ ten des Statorkerns Halteelemente durch Schrauben angebracht, welche einen zu den Polschuhen hinweisenden Vorsprung aufweisen. Der Vor¬ sprung greift in Ausnehmungen an den Polschuhen ein und hintergreift so einen Abschnitt der Polschuhe derart, dass der Vorsprung eine mechanische Barriere gegen ein Abheben des Polschuhs in Richtung vom Kern weg und zu der Läuferseite hin bildet. Dies ist notwending, da eine im Sinne eines Abhebens eines Polschuhs vom Statorkern in Richtung zu der Läuferseite hin wirkende Abhebekraft auftritt, wenn der Läufer mit den in ihm aufgenommenen Magneten sich über dem betreffenden Polschuh befindet oder über diesen hinweg verfährt.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist die erhöhte Teileanzahl und damit verbunden der zusätzliche Montageaufwand für die Anbringung der Halteelemente.

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungs¬ gemäßen Stator anzugeben, welcher bei gleichwertiger Lagefixierung der Polschuhe am Kern eine geringere Teileanzahl benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stator der eingangs genannten Art, bei welchem als das Halteelement an wenigstens einer Seitenwand des Statorbodens ein Haltebereich ausgebildet ist, wobei ein Bereich: Haltebereich oder Eingriffsbereich, mit dem jeweils anderen Be¬ reich derart in Eingriff ist, dass eine Bewegung zumindest des Eingriffsbe- reichs des wenigstens einen Polschuhs in Richtung vom Statorkern weg und zu der Läuferseite hin begrenzt ist.

Erfindungsgemäß wird eine ohnehin vorhandene Seitenwand des Stator¬ bodens als ein Halteelement verwendet. Hierzu ist ein Haltebereich an der Seitenwand ausgebildet. Der Eingriff von dem Haltebereich der wenigstens einen Seitenwand und dem Eingriffsbereich des wenigstens einen Polschuhs miteinander kann ein kraftschlüssiger oder ein formschlüssiger Eingriff sein. Als kraftschlüssiger Eingriff kann an einen Reibungseingriff gedacht sein, bei welchem ein Flächenabschnitt der Seitenwand unter Kraft gegen einen Anlagebereich des Polschuhs drückt. Der Flächenbereich der Seitenwand bildet dann den Haltebereich, der Anlagebereich des Polschuhs den Eingriffsbereich. Zur Verbesserung der Reibungswirkung kann einer oder vorzugsweise beide dieser Bereiche mit einem Reibbelag versehen sein.

Mit einer Begrenzung einer Bewegung zumindest des Eingriffsbereichs soll ausgesagt sein, dass sich andere Bereiche des wenigstens einen Polschuhs durchaus bewegen können, jedoch eine Bewegung gerade des Eingriffsbereichs vom Kern weg zu der Läuferseite hin begrenzt ist. „Begrenzt" bedeutet dabei, dass Bewegungen sehr geringen Ausmaßes auf Grund vorhandener Toleranzen, etwa auf Grund eines kleinen Abstandsspalts zwischen dem Eingriffsbereich und dem Haltebereich möglich sein können, vorzugsweise jedoch unterbunden sind.

Bevorzugt ist einer der Bereiche: Haltebereich oder Eingriffsbereich, jedoch in formschlüssigem Eingriff mit dem jeweils anderen Bereich. Bei form¬ schlüssigem Eingriff zwischen den Bereichen ist eine Bewegung zumindest des Eingriffsbereichs, vorzugsweise des gesamten wenigstens einen Pol¬ schuhs, vom Kern weg und zu der Läuferseite hin durch eine körperliche Barriere verhindert oder zumindest behindert, was die gewünschte Bewegungsbegrenzung sicherer und gegen die zuvor genannten Abhebekräfte belastbarer macht.

In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung ist in einem Bereich: Haltebereich oder Eingriffsbereich, ein Vorsprung ausgebildet, welcher den jeweils anderen Bereich in Richtung zur Läuferseite hintergreift. Durch diese Maßnahme kann mit sehr einfachen Mitteln eine auch unter Einwirkung von sehr hohen Abhebekräften nicht nachgebende Begrenzung einer Bewegung zumindest des Eingriffsbereichs des wenigstens einen Polschuhs zu der Läuferseite hin erreicht werden.

In einem solchen Fall kann der Vorsprung eine Anschlagfläche aufweisen, während der jeweils andere Bereich eine Anlagefläche aufweist, wobei Anschlagfläche und Anlagefläche im montierten Zustand des Stators aufeinander zu weisen oder bevorzugt sogar spielfrei aneinander anliegen. Durch ein spielfreies Anliegen wird gewährleistet, dass der Eingriffsbereich - A -

des wenigstens einen Polschuhs keinerlei Bewegungsmöglichkeit vom Statorkern weg zu der Läuferseite hin hat.

Vorzugsweise ist der Vorsprung an dem Haltebereich der wenigstens einen Seitenwand ausgebildet, welcher dann den Eingriffsbereich des wenigstens einen Polschuhs hintergreift. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Seitenwand, welche im Falle eines Ausbildens des Vorsprungs am Eingriffsbereich für den formschlüssigen Eingriff unter Umständen mit Durchbrechungen versehen werden müsste, mit einer geschlossenen Außenfläche ausgebildet sein kann, und somit auch als Außenwand eines Statorgehäuses, insbesondere für ein Vergießen des Stators, genutzt werden kann.

Das Hintergreifen kann derart realisiert sein, dass der Vorsprung am Haltebereich den gesamten Polschuh hintergreift. Dies würde jedoch bei einem zumeist vorhandenen geschlossenen Statorgehäuse bedeuten, dass zur Läuferseite hin ein Spalt zwischen der Läuferseite und dem läuferseiten- nahen Endbereich des wenigstens einen Polschuhs verbleibt, was zu einer geringeren Nutzbarkeit des von den Wickelspulen erzeugten Magnetfelds führen kann. Vorteilhafter, weil diesen Spalt vermeidend, weist der jeweils andere, vom Vorsprung hintergriffene Eingriffsbereich eine Ausnehmung auf, in welche der Vorsprung zum formschlüssigen Eingriff hineinragt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die wenigstens eine Sei- tenwand ein mit dem Bodenabschnitt verbundenes Ende, ein freies Ende und einen zwischen diesen Enden liegenden Schenkelbereich auf, wobei der Haltebereich ein das freie Ende der Seitenwand aufweisender, im Wesentlichen in Statorlängsrichtung verlaufender Endbereich der Seitenwand ist. In einem solchen Falle kann das freie Ende beispielsweise den zuvor erwähnten Reibbelag tragen. Weiterhin kann die dem Material des Statorbodens innewohnende Elastizität zur Aufbringung eines Anpressdrucks der Seitenwand an den Eingriffsbereich des wenigstens einen Polschuhs genutzt werden. Vorzugsweise bilden freies Ende, Schenkelbereich und mit dem Bodenabschnitt verbundenes Ende eine einstückige Seitenwand oder/und ist die wenigstens eine Seitenwand einstückig mit dem Bodenabschnitt des Statorbodens verbunden. Dadurch wird die Teileanzahl weiter reduziert.

Bei einer aus fertigungstechnischer Sicht besonders einfach und kosten¬ günstig herzustellenden Weiterbildung der vorliegenden Erfindung mit gewünschtem formschlüssigen Eingriff von Haltebereich und Eingriffsbereich ist als der Vorsprung das freie Ende der wenigstens einen Seitenwand mit dem Haltebereich bezüglich des Schenkelbereichs zum wenigstens einen Polschuh hin durch Umformen, wie etwa Biegen, abgewinkelt.

Eine noch zuverlässigere Sicherung des wenigstens einen Polschuhs gegen ein Abheben vom Statorkern zur Läuferseite hin kann durch Vorsehen eines weiteren Halteelements erreicht werden, welches mit einem weiteren Ein¬ griffsbereich des wenigstens einen Polschuhs zusammenwirkt.

Konstruktiv kann zur Verringerung der Teileanzahl ein Stator mit zwei Halteelementen derart ausgebildet sein, dass der Statorboden wenigstens zwei Seitenwände aufweist, wobei an einer Seitenwand ein Haltebereich als das Halteelement und an einer weiteren Seitenwand ein weiterer Haltebereich als das weitere Halteelement ausgebildet ist. Auch hier sind zur Verringerung der Teileanzahl die zwei je einen Haltebereich aufweisenden Seitenwände und der Bodenabschnitt des Statorbodens gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung einstückig ausgebildet. Die weitere Seitenwand kann wie die zuvor genannte Seitenwand ausgebildet sein.

Der wenigstens eine Polschuh kann sicher zwischen den beiden Seitenwänden in der Art einer zweiseitigen Einspannung gehalten werden, wenn die beiden Seitenwände im Wesentlichen parallel zueinander, vorzugsweise im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer in Statorlängsrichtung verlaufenden und orthogonal zum Bodenabschnitt orientierten Ebene vorgesehen sind. Dies verringert auch das Risiko eines Lösens des wenigstens einen Polschuhs vom Kern durch Drehung des wenigstens einen Polschuhs um eine dem Eingriffsbereich nahe und in Statorlängsrichtung verlaufende Drehachse. Dies ermöglicht eine Symmetrie der am Polschuh-Eingriffsbereich und am Seitenwand-Haltebereich auftretenden Kräfte und ist besonders dann vorteilhaft, wenn der wenigstens eine Polschuh ein längliches Element ist und der Eingriffsbereich an wenigstens einem seiner Längsenden vorgesehen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann dann, wenn der wenigstens eine Polschuh zusätzlich zu dem Eingriffsbereich einen weiteren Eingriffsbereich aufweist, der Eingriffsbereich an einem der Längsenden des Polschuhs und der weitere Eingriffsbereich am jeweils entgegengesetzten Längsende des wenigstens einen Polschuhs vorgesehen sein. Dadurch liegen die Stellen, an welchen eine Haltekraft von dem Haltebereich und dem weiteren Haltebereich auf den wenigstens einen Polschuh einwirkt, weit auseinander, was eine Verlagerung des Polschuhs durch eine Drehung um eine in Statorlängsrichtung verlaufende Drehachse erschwert.

Die zuvor angesprochene vorteilhafte Ausbildung des Eingriffsbereichs mit einer Ausnehmung kann in einer fertigungstechnisch einfach und kosten¬ günstig herzustellenden Ausführungsform eine in eine Polschuhseite einge¬ brachte Nut sein. Besonders bevorzugt ist der wenigstens eine Polschuh in seiner Längsrichtung im Wesentlichen orthogonal zur Statorlängsrichtung im Stator orientiert, wobei die Nut den Polschuh in Statorlängsrichtung durch¬ setzend in einer zu der wenigstens einen Seitenwand weisenden Polschuh¬ seite vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Polschuhs am Kern, etwa durch Aufsetzen des Polschuhs auf diesem, wobei die Polschuhlängsrichtung parallel zur Statorlängsrichtung verläuft, und anschließendes Drehen des Polschuhs um eine zur Läuferseite orthogonale Drehachse. Durch die den Polschuh in Statorlängsrichtung durchsetzende Ausbildung der Nut kann der an der Seitenwand ausgebildete Vorsprung, vorzugsweise die an den gegenüberliegenden Seitenwänden ausgebildeten Vorsprünge, einfach in die Nut eingedreht werden. Alternativ kann der Polschuh auch von einer Endseite des Stators aufgeschoben werden.

Es kann jedoch gewünscht sein, ein vormontiertes Kernpaket mit einem Statorkern und daran bereits angeordneten Polschuhen und Wickelspulen in einem Arbeitsgang am Statorboden anzuordnen. Deshalb kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Stator derart ausgebildet sein, dass einer der Bereiche: Haltebereich oder Eingriffsbereich, eine Ausnehmung aufweist und der jeweils andere dieser Bereiche einen Vorsprung aufweist, welcher im montierten Zustand des Stators in einer ersten Einführrichtung in die Ausnehmung hineinragt, und dass ebenso einer der weiteren Bereiche: weiterer Haltebereich oder weiterer Eingriffsbereich, eine weitere Ausnehmung aufweist und der jeweils andere dieser weiteren Bereiche einen weiteren Vorsprung aufweist, welcher im montierten Zustand des Sta¬ tors in einer zu der ersten Einführrichtung parallelen, jedoch entgegengesetzt gerichteten zweiten Einführrichtung in die weitere Ausnehmung hineinragt, wobei wenigstens ein Paar aus Ausnehmung und zugeordnetem Vorsprung derart bemessen sind, dass der Vorsprung dieses Paars in die ihm jeweils zugeordnete Ausnehmung soweit einführbar ist, dass der Vorsprung des jeweils anderen Paars und die diesem zugeordnete Ausnehmung derart anordenbar sind, dass sie außer Eingriff sind, jedoch in der zugeordneten Einführrichtung fluchten.

Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, den wenigstens einen Polschuh, gewünschtenfalls das zuvor erwähnte Kernpaket, zunächst in einem seiner Eingriffsbereiche mit den zugeordneten Haltebereich in Eingriff zu bringen und dann den Polschuh bzw. das Kernpaket derart zu positionieren, dass das jeweils andere Paar aus Vorsprung und Ausnehmung noch nicht in Eingriff miteinander gebracht sind, jedoch in der zu einem Eingriff führenden Einführrichtung fluchten, sodass ein Verschieben des Polschuhs parallel zu den Einführrichtungen einen formschlüssigen Eingriff des betreffenden Vorsprungs mit der betreffenden Ausnehmung bewirkt. Dadurch ist ein Zustand herstellbar, in dem beide Vorsprünge in die ihnen jeweils zugeordnete Ausnehmung hineinragen. Bei dem gerade beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden Haltebereich und Eingriffsbereich ein Paar und weiterer Haltebereich und weiterer Eingriffsbereich ein weiteres Paar. Vorsprung und Ausnehmung jeweils eines Paares sind einander zugeordnet. Bei dieser Ausführungsform erfordert die Anordnung dieses Polschuhs im Stator dann, wenn die Haltebereiche an je einer Seitenwand des Statorbodens ausgebildet sind und der Polschuh in Statorquerrichtung anzuordnen ist, sodass die Einführrichtungen im Wesentlichen mit der Statorquerrichtung zusammenfallen, zunächst eine Verschiebebewegung mit einer Verschiebekomponente in der ersten Einführrichtung, dann ein Verschwenken des Polschuhs um eine in Statorlängsrichtung verlaufende Schwenkachse und schließlich ein Verschieben des wenigstens einen Polschuhs in der zweiten Einführrichtung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist dies konstruktiv dadurch erreicht, dass der wenigstens eine Polschuh an zwei im Wesentlichen in entgegenge¬ setzte Richtungen weisenden Polschuhseiten Nuten aufweist, welche sich jeweils in einer Nut-Tiefenrichtung von einem Nutrand an einer Außenfläche der zugeordneten Polschuhseite zu einem Nutgrund aufeinander zu erstre¬ cken, wobei die Tiefe wenigstens einer der Nuten derart gewählt ist, dass der Abstand vom Nutgrund der wenigstens einen Nut zu dem läuferseitenfemen Nutrand der jeweils anderen Nut kleiner ist als die lichte Weite zwischen den Haltebereichen der einander gegenüberliegenden Seitenwände. Die Nuten können einfach in die Polschuhe eingefräst werden, die zugeordneten Vorsprünge können kostengünstig durch Abwinkein von freien Enden der einander gegenüberliegenden Seitenwände des Statorbodens gebildet sein. Die zur Nut-Tiefenrichtung und im montierten Zustand zur Statorlängsrichtung im Wesentlichen orthogonale Nut-Breite solte derart gewählt sein, dass ein Verschwenken des Polschuhs bei in die Nut hineinragendem Vorsprung in eine in Statorlängsrichtung verlaufende Schwenkachse nicht behindert ist. Um die Montage weiter zu erleichtern, kann die Tiefe beider Nuten derart gewählt sein, dass der Abstand vom Nutgrund der einen Nut zu dem läuferseitenfernen Nutrand der jeweils anderen Nut kleiner ist als die lichte Weite zwischen den Haltebereichen der einander gegenüberliegenden Seitenwände. Bei einer derartigen Ausgestaltung spielt es keine Rolle, auf welcher Seite eine Nut des Polschuhs an einem ihr zugeordneten Vorsprung zuerst angesetzt wird, um den Polschuh am Kern anzuordnen.

Zwar war im Vorhergehenden stets von wenigstens einem Polschuh die Re- de, welcher erfindungsgemäß gegen ein Abheben vom Kern zur Läuferseite hin gesichert werden soll, da es jedoch vorteilhaft ist, einen Stator mit hoher Verfügbarkeit zu erhalten, sind vorzugsweise eine Mehrzahl von Polschuhen, vorzugsweise alle Polschuhe, durch wenigstens einen Haltebereich, besonders bevorzugt durch zwei Haltebereiche, gegen ein Abheben vom Statorkern in Richtung zu der Läuferseite hin gesichert.

Weiterhin sind Wickelspulen häufig derart im Stator angeordnet, dass sie le¬ diglich an einer Seite des Statorkerns anliegen. Die Wirkung des von den Wickelspulen erzeugten Magnetfelds kann jedoch verbessert werden, indem die Wickelspulen derart ausgebildet sind, dass sie den Statorkern umgeben und ein Abschnitt der Wickelspulen zwischen zwei Polschuhen verläuft.

Eine besonders geringe Teileanzahl ergibt sich weiterhin dann, wenn der Statorboden Teil eines Statorgehäuses ist. Dann dient das ohnehin vor- handene Statorgehäuse, bzw. ein Teil desselben, zur Fixierung der Polschu¬ he im Stator gegen ein Abheben derselben zur Läuferseite hin.

Ein weiteres im Betrieb eines Stators für einen elektrischen Linear- oder Rotationsmotor oder einen Linear- oder Rotationsgenerator auftretendes Problem liegt in dessen Erwärmung, hauptsächlich bedingt durch Eisen- und Kupferverluste, d.h. durch Wirbelstromverluste im Kern und in den Polschu¬ hen sowie durch Ohm'sche Verluste in den elektrischen Leitungen. Zur Lösung dieses Problems betrifft die vorliegende Erfindung weiterhin Stator für einen elektrischen Linear- oder Rotationsmotor oder einen Linear¬ oder Rotationsgenerator, welcher Stator sich längs einer Stator¬ längsrichtung erstreckt, mit einer Läuferseite, welche im montierten Zustand des Motors oder Generators einem bewegten Läufer oder Rotor zugewandt ist, wobei der Stator umfasst einen in Statorlängsrichtung verlaufenden Statorkern, eine Mehrzahl von in Statorlängsrichtung aufeinander folgenden und mit Abstand voneinander angeordneten Wickelspulen, welche zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes mit einer Spannungsquelle verbunden oder verbindbar sind, gegebenenfalls eine Mehrzahl von in Statorlängsrichtung aufeinander folgenden und mit Abstand voneinander angeordneten Polschuhen, welche von dem Statorkern zur Läuferseite hin abstehen, sowie einen Statorboden, welcher wenigstens zwei längs der Statorlängsrichtung verlaufende Seitenwände und einen zwischen diesen angeordneten Bodenabschnitt umfasst und an welchem dem Statorkern, die Wickelspulen und gegebenenfalls die Polschuhe aufgenommen sind.

Um der Erwärmung des Stators im Betrieb entgegenzuwirken, ist vorgese¬ hen, dass der Statorboden Teil eines Statorgehäuses ist, durch welches zur Kühlung des Stators ein Kühlfluid durchleitbar ist.

Hierzu kann im Statorgehäuse ein Hohlraum belassen sein, durch den das Kühlfluid durchleitbar ist. Dieser Hohlraum kann auf einer Seite zur Verringerung der Teileanzahl durch den Bodenabschnitt des Statorbodens begrenzt sein, was den weiteren Vorteil hat, dass der Statorboden selbst bereits als Wärmetauscherfläche nutzbar ist, an den das durch den Hohlraum durchgeleitete Kühlfluid Wärme abgeben kann. Hier kann in einfacher Weise durch zusätzliche konventive Wärmeabführung, etwa durch einen Ventilator, die vom Kühlfluid an den Statorboden abgegebene Wärme an die Umgebungsluft abgeführt werden.

Ein Hohlraum kann im Stator beispielsweise dadurch belassen sein, dass lediglich ein Teil des Innenvolumens des Statorgehäuses mit Vergussmasse ausgefüllt ist. Vorzugsweise ist der Hohlraum dadurch gebildet, dass der Stator auf der Läuferseite liegend mit Vergussmasse ausgegossen wird, bis der Kern vollständig von Vergussmasse bedeckt ist, wobei dann zwischen der Innenseite des Bodenabschnitts und dem Spiegel der Vergussmasse ein Hohlraum verbleibt.

Häufig sind Statoren in eng begrenzte Räume einzubauen, wobei oft Sei¬ tenabmessungen vorgegeben sind, in die der Stator passen muss. Die Läuferseite des Stators sollte darüber hinaus glatt sein, um einen möglichst geringen Spalt zwischen Stator und Läufer zu ermöglichen. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, den Statorboden, insbesondere dort den Bodenab¬ schnitt, für eine Zufuhr und eine Abfuhr von Kühlfluid auszubilden. Hierzu kann dort wenigstens ein Kühlfluideinlass und wenigstens ein Kühlfluid- auslass vorgesehen sein. Hinzu kommt, dass bei einer zuvor erwähnten vor- teilhaften Ausbildung eines vom Bodenabschnitt des Statorbodens begrenz¬ ten Hohlraums zur Durchleitung von Kühlfluid ein Vorsehen wenigstens eines Kühlfluideinlasses und wenigstens eines Kühlfluidauslasses am Statorboden, insbesondere am Bodenabschnitt, die im Inneren des Stators gelegenen Kühlfluidleitungswege verkürzt.

Besonders einfach kann der das Kühlfluid leitende Hohlraum vorgesehen sein, indem Statorkern, Wickelspulen und gegebenenfalls Polschuhe mit Ab¬ stand vom Bodenabschnitt angeordnet sind. Grundsätzlich gibt es wenigs¬ tens zwei Möglichkeiten, einen derartigen Stator zu kühlen. Gemäß einer ersten Möglichkeit ist das Kühlfluid ein Gas, vorzugsweise Umgebungsluft, welche kostenlos zur Verfügung steht. Hierbei ist besonders bevorzugt, dass sich ein Kühlgasstrom ausbildet, welcher im Wesentlichen in Statorquerrichtung gerichtet ist. Das Kühlgas strömt dann parallel zu Wicklungsabschnitten am Kern durch das Statorgehäuse und transportiert dabei konvektiv Wärme ab. Dadurch wird ein sehr hoher Kühlgasdurchsatz erreicht. Außerdem kann der Stator trotzdem flach ausgeführt sein, da das Kühlgas zwischen benachbarten Wickelspulen vom Einlass zum Auslass strömen kann, was die Notwendigkeit zur Bildung eines gesonderten Hohlraums zwischen Wickelspulenunterseite und Statorboden vermeidet.

Konstruktiv ist dies beispielsweise möglich, indem am Statorboden, insbesondere am Bodenabschnitt, zwei parallele in Statorlängsrichtung verlaufende Reihen von in Statorlängsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten Öffnungen vorgesehen sind, von denen die Öffnungen der einen Öffnungsreihe Kühlgaseinlassöffnungen und die Öffnungen der jeweils anderen Reihe Kühlgasauslassöffnungen sind.

Bei einer Zwangskühlung von Maschinenbauteilen ist grundsätzlich eine möglichst homogene Kühlwirkung gewünscht, aus diesem Grunde ist es vor¬ teilhaft, wenn die Abstände zwischen zwei in Statorlängsrichtung aufeinander folgenden Öffnungen im Wesentlichen gleich groß sind.

Weiterhin kann eine Kühlgasströmung durch den im Stator vorgesehenen Hohlraum hindurch dadurch erreicht werden, dass wenigstens eine Kühlga- seinlassöffnung mit einem Gasantriebsmittel, vorzugsweise einem Ventilator, versehen ist, welches Kühlgas in das Innere des Statorgehäuses hinein¬ fördert. Alternativ oder zusätzlich kann auch wenigstens eine Kühl- gasauslassöffnung mit einem Gasantriebsmittel, vorzugsweise einem Venti¬ lator, versehen sein, welches Kühlgas aus dem Inneren des Statorgehäuses herausfördert. Besonders eine Anordnung von Gasantriebsmitteln sowohl an der Kühlgaseinlassöffnung wie auch an der Kühlgasauslassöffnung sorgt für einen hohen Kühlgasdurchsatz und damit eine gute Kühlwirkung.

Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann das Kühlfluid eine Flüssigkeit, ins¬ besondere ein Kühlöl sein. Dieses ist zwar teurer als die kostenlos zur Verfügung stehende Umgebungsluft, kann jedoch Wärme effektiver konvektiv aus dem Stator abführen. Um einen möglichst großen Durchsatz an einem im Vergleich zu einem Kühlgas wesentlich höherviskosen Kühlöl zu erreichen, kann zusätzlich ein Kernpaket, umfassend Statorkern, Wickelspulen und ggf. Polschuhe, mit Abstand vom Bodenabschnitt des Statorbodens angeordnet sein. Dies vergrößert zwar die Höhe des Stators, verringert jedoch den Strömungswiderstand für das Kühlfluid, insbesondere Kühlöl.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich durch stark reduzierte Montagearbeit, wenn eine Mehrzahl von Wickelspulen gleicher elektrischer Phase durch einen ununterbrochenen Draht gebildet sind. Bei einer derartigen Ausbildung der Wickelspulen entfällt das sonst bei der Statorherstellung übliche Verlöten zur Verbindung von Wickelspulen gleicher Phase. Die hierdurch eingesparte Montagezeit stellt einen so erheblichen Vorteil dar, dass für einen derartigen Stator unabhängiger Schutz nachgesucht wird. Besonders bevorzugt ist dabei, dass alle Wickelspulen gleicher elektrischer Phase durch jeweils einen ununterbrochenen Draht gebildet sind. Dies führt zu einer größtmöglichen Einsparung an Montagearbeit und -zeit bei der Herstellung der Wickelspulen.

Die Erzeugung derartiger durch einen ununterbrochenen Draht gebildeter Wickelspulen wird möglich durch ein neuartiges Wickelverfahren, welches die folgenden Schritte umfasst:

a.) Erzeugen wenigstens einer Wickelspule aus Draht an einer vorbe¬ stimmten Stelle an dem Statorkern unter Schlaufenbildung des Drahtes, b.) Weiterführen des jeweiligen mit der zuletzt erzeugten wenigstens einen Wickelspule verbundenen Drahtes von der wenigstens einen Wickelspule zu einer in Statorkernlängsrichtung mit Abstand ge¬ legenen weiteren vorbestimmten Stelle, c.) Erzeugen wenigstens einer weiteren Wickelspule aus Draht an der weiteren vorbestimmten Stelle an dem Statorkern unter Schlaufen¬ bildung des Drahtes, d.) Gegebenenfalls wiederholen der Schritte b.) und c.)

Bevorzugt werden die Wickelspulen zur besseren Ausnutzung des von Ihnen erzeugten Magnetfelds derart gewickelt, dass wenigstens ein Abschnitt der wenigstens einen Wickelspule an dem Statorkern anliegt.

Dabei kann die zur Herstellung einer vollständigen Anzahl von Wickelspulen an einem Statorkern notwendige Herstellungszeit verkürzt werden, wenn in dem Schritt eines Erzeugens wenigstens einer Wickelspule mehrere Wickel¬ spulen gleichzeitig erzeugt werden. Es kann beispielsweise für jede im Sta¬ tor vorgesehene elektrische Phase eine Spule im Wesentlichen gleichzeitig erzeugt werden, daraufhin die mit den zuletzt erzeugten Wickelspulen verbundenen jeweiligen Drähte zu einer in Längsrichtung des Stators mit Abstand liegenden weiteren vorbestimmten Stelle geführt werden und dort erneut eine Mehrzahl von Wickelspulen erzeugt werden.

Die Regel ist ein mit Drehstrom, d.h. mit drei elektrischen Phasen betriebener Stator. Daher können bei einem derartigen Stator die Wickelspulen je einer Phase gleichzeitig gewickelt werden. Wobei selbstverständlich die Wickelspulen unterschiedlicher Phase an jeweils anderen Stellen in Statorlängsrichtung gelegen sind. Wenn drei Wickelspulen je einer elektrischen Phase fertiggestellt sind, wird von jeder Wickelspule aus der jeweils zur Erzeugung der Wickelspule dieser Phase verwendete Draht in Statorlängsrichtung an eine weitere vorbestimmte Stelle geführt. Die vorbestimmte Stelle ist für jede elektrische Phase eine andere. Dort wird erneut an jeder je einen elektrischen Phase zugeordneten weiteren vorbestimmten Stelle eine weitere Wickelspule erzeugt.

Das Wickelverfahren kann dadurch vereinfacht werden, dass das Weiterführen des Drahtes in Statorlängsrichtung zumindest auch durch eine Vorschubbewegung des Statorkerns erreicht wird. Eine Vorschubbewegung des Statorkerns verringert eine erforderliche Bewegung des Drahtes, was das Risiko von Drahtbrüchen oder einem Verheddern von Drähten unterschiedlicher elektrischer Phasen vermindert. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, dass das gesamte Weiterführen des Drahtes in Statorlängsrichtung durch eine Vorschubbewegung des Statorkerns erreicht wird.

Der Abstand, um den der Draht in Statorlängsrichtung weitergeführt wird, entspricht vorteilhaft im Wesentlichen dem Polteilungsabstand, sodass eine einer gerade erzeugten Wickelspule nachfolgende Wickelspule bereits an der benötigten Stelle entsteht, sodass ein nachträgliches Anordnen der Wickelspule entfällt.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:

Fig. 1 die Fig. 1a, 1b und 1c zeigen Drahtmodellansichten des erfindungsgemäßen Stators von der Seite, von vorne bzw. von oben,

Fig. 2 eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Stators,

Fig. 3 Fig. 3a, 3b und 3c zeigen den Vorgang eines Anordnens eines Polschuhs an einem Statorkern bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Schnitt entlang der Linie Ill-Ill in Fig. 1 , sowie

Fig. 4 ein Kernpaket eines erfindungsgemäßen Statorkerns, umfassend einen Statorkern, Polschuhe und Spulenkörper.

In Fig. 1a ist ein erfindungsgemäßer Stator allgemein mit 10 bezeichnet. Die Fig. 1a bis 1c zeigen ein Drahtmodell des betreffenden Stators. Dort ist ein Statorgehäuse 12 zu sehen, umfassend einen Statorboden 14 und einen Statordeckel 16. Die Oberseite 16a des Statordeckels ist die Läuferseite des Stators 10, d.h. die einem beweglichen Motor- oder Generatorteil zugewandte Seite. Der Statordeckel 16 umgreift Stirnseitenwände 18 und Querseitenwände 20, 20a des Statorbodens, sodass zusammen mit einer in den Stator eingefüllten und ausgehärteten Vergussmasse ein vollständig gegen die Umgebung gekapselter Stator gebildet ist.

Im Stator ist ein Statorkern 22 gehalten. Der Statorkern verläuft in Statorlängsrichtung L. Auf der der Läuferseite 16a nahen Seite des Statorkerns 22 ist eine Mehrzahl von Polschuhen 24 vorgesehen. Zwischen zwei Polschuhen 24 sind darüber hinaus Spulenkörper 26 auf den Statorkern 22 aufgeschoben. Die Spulenkörper 26 tragen die in Fig. 1 nicht dargestellten Wickelspulen. Diese umgeben den Kern. Es wird darauf hingewiesen, dass die in Statorlängsrichtung endseitigen Polschuhe 25 eine geringere Breite aufweisen als die dazwischenliegenden Polschuhe 24.

Der Bodenabschnitt 28 des Statorbodens 14 ist mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen versehen, die für die Herstellung und für den Betrieb des Stators 10 von Bedeutung sind. An den Längsendbereichen des Stators sind Kabeldurchführungen 30 und 32 vorgesehen, durch welche die Stromzufuhrleitungen zu den Wickelspulen im Statorinneren geführt sind. Ein Erdungsanschluss 34 zur Erdung des Statorbodens 14 ist bei der Längsmitte des Stators angeordnet.

An einem Eckbereich des Bodenabschnitts 28 des Statorbodens 14 des Stators 10 ist ein Einfüllstutzen 34 zum Einfüllen von Vergussmasse ins Statorinnere vorgesehen. An dem in Statorquerrichtung Q gegenüberliegenden Eckbereich ist ein Entlüftungsrohr 36 zur Entlüftung von in dem Statorgehäuse 12 vorhandenem Gas bei Einfüllen von Vergussmasse ins Statorinnere vorgesehen. Darüber hinaus kann das Entlüftungsrohr 36 ebenso wie der Einfüllstutzen 34 zur Kontrolle dienen, ob ausreichend Vergussmasse in den Stator eingefüllt wurde. Schließlich sind in Statorlängsrichtung L mit Abständen voneinander Befestigungsfϋße 38 vorgesehen, welche zur Befestigung des Stators an einem Untergrund dienen. Insgesamt sind 8 Befestigungsfüße 38 vorgesehen, welche aus Paaren von in Statorquerrichtung Q mit Abstand voneinander angeordneten Befestigungsfüßen gebildet sind. Jeder Befestigungsfuß 38 weist eine Bohrung mit einem Innengewinde auf.

In Fig. 2 ist der Stator von Fig. 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt.

Der Statorboden 14 ist aus einem ausgestanzten Metallblech gebildet, bei welchem Blechabschnitte durch Umbiegen entlang von Biegekanten zu Seitenwänden 18, 20 und 20a umgebogen sind. Aus Blech können stabile Statorböden gefertigt werden, in welchen Kernpakete, umfassend einen Statorkern 22, Polschuhe 24 und 25 sowie Wickelspulen und Spulenkörper 26 sicher aufgenommen und gehalten werden können. Das Blech macht eine Erdung durch den Erdungsanschluss 34 aus Sicherheitsgründen erforderlich.

Die Seitenwände 20 und 20a des Statorbodens 14 sind, weil durch Umbiegen aus einem einstückigen Metallblech hervorgegangen, an einem jeweils zugeordneten Endbereich 40 bzw. 40A integral mit dem Bodenabschnitt 28 verbunden. Ein sich an jeder Seitenwand 20 und 20a im Wesentlichen über die gesamte Statorlängsrichtung L erstreckender freier Endabschnitt 42 bzw. 42a der Seitenwände 20 und 20a ist durch Biegen zu einem Vorsprung 44 bzw. 44a verformt. Zwischen den Endbereichen 40 und 40a sowie 42 bzw. 42a liegen Schenkelbereiche 41 bzw. 41a. Die Verformung ist dabei derart, dass ein an einer Seitenwand 20, 20a ausgebildeter Vorsprung 44 bzw. 44a zur jeweils anderen Seitenwand hinweist. Die Stirnseitenwände 18 und die Querseitenwände 20, 20a sind jeweils zueinander paarweise parallel. Die freien Endbereiche 42 bzw. 42a der Seitenwände 20 und 20a bilden daher Haltebereiche an den Seitenwänden 20 und 20a zur Sicherung des Stators gegen ein Abheben von Polschuhen 24 und 25 vom Statorkern 22 in Richtung des Pfeils A zur Läuferseite 16a hin. Den Haltebereichen 42 und 42a zugeordnet sind Nuten 46 und 46a, in welche die Haltebereiche 42 und 42a im montierten Zustand des Stators 10 hineinragen.

Im montierten Zustand des Stators ragt der Vorsprung 44 in einer zur Statorquerrichtung Q parallelen Einführrichtung E in die diesem Vorsprung 44 zugeordneten Nuten 46 der Polschuhe 24 und 25. Ebenso ragt der weitere Vorsprung 44a des weiteren Haltebereichs 42a an der weiteren Seitenwand 20a in einer zur Statorquerrichtung Q parallelen weiteren Einführrichtung Ea in die ihm zugeordneten weiteren Nuten 46a der Polschuhe 24 und 25.

Die Polschuhe 24 und 25 sind im montierten Zustand des Stators 10 in ihrer Polschuhlängsrichtung P im Wesentlichen in Statorquerrichtung Q angeordnet. In diesem Anordnungszustand durchsetzen die Nuten 46 und 46a entgegengesetzte Längsendbereiche 48 und 48a in Statorlängsrichtung L. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Polschuhe 24 und 25 von einer Stirnseite des Statorbodens 14 auf die Haltebereiche 42 und 42a „aufzufädeln" und in Statorlängsrichtung L an die vorgesehene Stelle zu verschieben.

Zur Erzeugung von Wickelspulen am Stator ist es jedoch von Vorteil, wenn ein einen Statorkern 22, Statorspulen 26 und Polschuhe 24 und 25 umfassendes Kernpaket 50 in eine Wickelmaschine eingelegt werden kann. Nach dem Erzeugen der Wickelspulen sollte dann das gesamte Kernpaket in den Statorboden eingesetzt werden können.

Eine Möglichkeit hierzu ist in den Fig. 3a bis 3c schematisch dargestellt. In Fig. 3a ist mit LW die lichte Weite zwischen den Vorsprüngen 44 und 44a d.h. der zwischen den Vorsprüngen bestehende Spaltabstand, bezeichnet. Mit a ist der Abstand vom Nutgrund 52 der Nut 46 zum Nutgrund 52a der weiteren Nut 46a bezeichnet. Die Tiefe der Nut 46, d.h. der Abstand vom läuferseitenfernen Nutrand 54 bis zum Nutgrund 52 der Nut 46, ist mit t bezeichnet. Ebenso ist, aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 3b dargestellt, die Tiefe der weiteren Nut 46a, d.h. der Abstand vom läuferseitenfernen Nutrand 54a bis zum Nutgrund 52a der weiteren Nut 46a, mit ta bezeichnet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Polschuhe 24 und 25 derart ausgebildet, dass der Abstand a + t vom Nutgrund 52a einer Nut, hier der weiteren Nut 46a, zum läuferseitenfernen Nutrand 54 der anderen Nut 46 kleiner bemessen ist als die lichte Weite LW zwischen den die Haltebereiche 42 und 42a bildenden Vorsprünge 44 und 44a. Damit ist es möglich, das gesamte Kernpaket von der Läuferseite her wie in den Fig. 3a bis 3c gezeigt, in den Statorboden einzusetzen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Fig. 3a bis 3c die Spulenkörper 26 nicht dargestellt.

Zunächst wird das Längsende 48a mit der weiteren Nut 46a auf den Vorsprung 44a aufgeschoben, sodass der Vorsprung 44a tief in der ihm zugeordneten Einführrichtung Ea in die weitere Nut 46a hineinragt. Dann wird das Kernpaket 50 um eine im Wesentlichen in Statorlängsrichtung L in der weiteren Nut 46a verlaufenden Drehachse D gedreht, bis der Vorsprung 44 des Haltebereichs 42 mit der Nut 46 in der diesem Paar aus Nut 46 und Vorsprung 44 zugeordneten Einführrichtung E fluchten. Anschließend wird das Kernpaket 50 parallel zu den Einführrichtungen E und Ea verschoben, sodass beide Vorsprünge 44 und 44a in die ihnen jeweils zugeordneten Nuten 46 und 46a der Polschuhe 24 und 25 hineinragen und somit einen Abschnitt der Polschuhe 24 und 25 hintergreifen. Somit bilden die Haltebereiche 42 und 42a körperliche Barrieren gegen ein Abheben der Polschuhe 24 und 25 vom Statorkern 22 in Richtung A zur Läuferseite hin. Ebenso wird dadurch ein Anheben des gesamten Kernpakets 50 begrenzt. Einer Anschlagfläche 60 am Vorsprung 44 des Haltebereichs 42 liegt dabei eine Anlagefläche 62 einer Nutbegrenzungsfläche der Nut 46 gegenüber. Gleiches gilt für die Situation am anderen Längsende 48a des Polschuhs 24. Dort liegt einer weiteren Anschlagfläche 60a des weiteren Vorsprungs 44a des weiteren Haltebereichs 42a eine weitere Anlagefläche 62a einer Begrenzungsfläche der weiteren Nut 46a gegenüber. Je nachdem, ob zwischen den Anschlagflächen 60 und 60a und den Anlageflächen 62 und 62a ein Abstand vorhanden ist oder nicht, liegen diese Flächen aneinander an oder kommen nach einem geringen Bewegungsweg in Anlage aneinander, wobei dann eine weitere Bewegung der Polschuhe 24 und 25 oder/und des Kernpakets 50 verhindert wird. Da jedoch in der Regel die Polschuhe 24 und 25 in einem von Vergussmasse ausgefüllten Bereich liegen, ist eine Bewegung der Polschuhe 24 und 25 oder gegebenenfalls des gesamten Kernpakets zusätzlich auch durch die Vergussmasse V erschwert, die, wie in Fig. 3b angedeutet, von der Läuferseite her wenigstens bis zur Höhe HV eingefüllt ist, bei welcher der Statorkern 22 allseitig von Vergussmasse V umgeben ist.

In Fig. 3b ist darüber hinaus strichliniert eine den Statorkern 22 umgebende Wickelspule 63 dargestellt. Fig. 3b stellt darüber hinaus eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stators dar, bei welchem zusätzlich eine Kühlung vorgesehen ist. Die dargestellte Kühleinrichtung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit bei den Fig. 3a und 3c weggelassen, Fachleuten wird es jedoch selbstverständlich sein, dass die im Zusammenhang mit Fig. 3b erläuterte Kühleinrichtung entsprechend auch in den Fig. 3a und 3c vorhanden sein kann.

Durch die freie Oberfläche (Spiegel) FO der Vergussmasse V im Inneren des Stators 10 und den Bodenabschnitt 28 des Statorbodens 14 ist ein Hohlraum 65 begrenzt, welcher im Wesentlichen von Gas, wie etwa Luft, gefüllt ist.

Am Statorboden sind in Statorquerrichtung Q mit Abstand voneinander eine Kühlgaseinlassöffnung 67 und eine Kühlgasauslassöffnung 69 vorgesehen.

An der Außenseite des Statorbodens 28 ist an der Kühlgaseinlassöffnung 67 ein erster Ventilator 71 vorgesehen, welcher Umgebungsluft ins Statorinnere fördert. Entsprechend ist an der Außenseite des Statorbodens 28 an der Kühlgasauslassöffnung 69 ein zweiter Ventilator 73 vorgesehen, welcher erwärmtes Kühlgas aus dem Statorinneren in die Umgebungsluft fördert. Die Ventilatoren 71 und 73 sind elektrisch betrieben.

Durch diese beiden Ventilatoren 71 und 73 entsteht an der Stelle des dargestellten Schnitts von Fig. 3b ein in Statorquerrichtung Q verlaufender Kühlgas- genauer Kühlluftstrom, welcher den in den Hohlraum 65 hineinragenden Abschnitt 63a der Wickelspule 63 umspült und dabei konvektiv Wärme abführt.

Alternativ können, wenn im Statorinneren ausreichend Raum zur Verfügung steht, die Ventilatoren 71 und 73 auch an der Innenseite des Statorbodens oder sonst im Inneren des Stators vorgesehen sein. Darüber hinaus ist bevorzugt eine Mehrzahl von Paaren aus je einem kühlgaseintrittsseitigen Ventilator und einem kühlgasaustrittsseitigen Ventilator in Statorlängsrichtung L mit Abstand voneinander angeordnet. Besonders bevorzugt sind derartige Paare von Ventilatoren in gleichem Abstand über die gesamte Länge des Stators 10 angeordnet, da so ein sehr homogenes Gasströmungsprofil über die gesamte Länge des Stators 10 im Inneren des Stators 10 erhalten werden kann.

In Fig. 4 ist ein Kernpaket 50 vergrößert dargestellt. Dieses Kernpaket 50 kann, wie dargestellt, in eine Wickelmaschine eingelegt werden, wobei jeweils drei einander benachbarte Wickelspulen, die jeweils einer unterschiedlichen elektrischen Phase zugeordnet sind, gleichzeitig gewickelt werden. Nach Fertigstellung der drei Wicklungen erfolgt ein Vorschub des Kernpakets 50, sodass die nächsten drei Wickelspulen ohne Trennung des der jeweiligen elektrischen Phase zugeordneten Drahtes hergestellt werden können.

Beispielsweise werden in einem ersten Schritt an den Stellen u1 , vi und w1 je eine Wickelspule mit je einem den elektrischen Phasen u, v, w zugeordneten Draht gewickelt. Nach Fertigstellung der Wicklungen erfolgt ein Vorschub zu den Stellen u2, v2 bzw. w2, wobei mit ununterbrochenen Drähten für jede elektrische Phase je eine Wickelspule gewickelt wird. Die Abstände u1 - u2, vi - v2 und w1 - w2 sind im Wesentlichen identisch und definieren das Vorschubmaß, um welches das Kernpaket 50 nach Fertigstellung von drei Wicklungen weiterbewegt wird.

Die auf den Statorkern 22 aufgeschobenen Spulenkörper sind mit Rippen 64 verstärkt, welche strahlenförmig von einer zentralen Ausnehmung 66 in den Spulenkörpern ausgehen. Darüber hinaus sind in den Spulenkörpern an einer Seite Ausnehmungen 68, 70 und 72 vorgesehen, um durch diese die die einzelnen Wicklungsspulen verbindenden Drähte zu führen.