Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STATORS FÜR EINEN INNENLÄUFER-ELEKTROMOTOR

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Stators in einem Innenläufer-Elektromotor, insbesondere in einem Stellmotor in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Aus der Druckschrift US 2006/0091759 Al ist ein permanenterregter Innenläufer-Gleichstrommotor bekannt, der in einem Stator eine rotierend gelagerte Ankerwelle mit einem darauf angeordneten Permanentmagneten umfasst. Der Stator besteht aus einer Mehrzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter und sich in Radialrichtung erstreckender Trägerzähne, die an der Innenseite eines umgreifenden Stützringes angeordnet sind und auf die zur Erzeugung eines Magnetfeldes bestrombare Spulenwicklungen aufgesetzt sind. Der Stützring ist als Stanzteil ausgebildet und besteht aus Stahl, wobei zur Herstellung des Stators die einzelnen Trägerzähne zunächst auf einem Haltewerkzeug kreisförmig angeordnet und mit radialer Ausrichtung positioniert werden, woraufhin der Statorring auf die Trägerzähne aufgeschoben und mit den Stirnseiten der Trägerzähne verbunden wird. Zur besseren Verbindung sind in die Innenwand des Statorrings axial verlaufende, nutförmige Ausnehmungen eingebracht, in die kopfförmige Erweiterungen an den freien Stirnseiten der Trägerzähne axial eingeschoben werden . Offenbarung der Erfindung

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Stator in einem Innenläufer- Elektromotor zu schaffen, der sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau und eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und bei einem Stator mit den

Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung eines Stators in einem Innenläufer-Elektromotor, insbesondere für einen Stellmotor in Kraftfahrzeugen, wobei der Stator einen radial außen liegenden Statorring aufweist und mehrere, über den Umfang verteilte und sich radial von dem Statorring ausgehend nach innen erstreckende Trägerzähne, die Polschuhe zur Aufnahme bestrombarer Spulen bilden. Zur Herstellung des Stators werden in einem ersten Schritt die Trägerzähne mithilfe eines Haltewerkzeugs kreisförmig angeordnet und mit radialer Ausrichtung fixiert. In einem nächsten Schritt werden die Spulen auf die Trägerzähne aufgeschoben bzw. ggf. aufgepresst oder es werden die Trägerzähne mit Spulendraht umwickelt. Daran anschließend wird der Statorring auf die außen liegenden, axial freien Stirnseiten der Trägerzähne aufgebracht, wobei der Statorring als ein biegsames Metallband ausgeführt ist, das um die Trägerzähne gewickelt wird.

Der Wicklungsvorgang soll hierbei in der Weise verstanden werden, dass gemäß bevorzugter Ausführung das Metallband von einer Metallspule abgewickelt und zugleich das Haltewerkzeug, welches Träger der Trägerzähne ist, in Rotation versetzt wird. Dies erfolgt zweckmäßigerweise in der Weise, dass das Metallband tangential auf einen Trägerzahn aufgesetzt wird und anschließend die Haltewerkzeug mit den Trägerzähnen in Rotation versetzt und zugleich das Metallband in Tangentialrichtung nachgeführt wird, bis die Trägerzähne vollständig, also über 360°, von dem Metallband umschlossen sind.

Der Wicklungsvorgang kann aber auch in der Weise verstanden werden, dass das Metallband bei stillstehendem Haltewerkzeug um die Trägerzähne herum geführt wird, bis ein geschlossener Ring erreicht ist.

Der Metallband-Statorring wird über 360° um den Umfang der Haltewerkzeug gelegt, die Träger der Trägerzähne ist. Die Stirnseiten des Statorringes stoßen aneinander und werden zweckmäßigerweise miteinander verbunden. Außerdem werden die Trägerzähne mit der Innenseite des Statorringes verbunden. Als letzter Schritt wird das Haltewerkzeug wieder entfernt, der Stator ist nun fertig gestellt und kann in den Elektromotor eingebaut werden kann.

Zweckmäßigerweise ist das Haltewerkzeug zur Halterung der Trägerzähne als Befestigungsring ausgeführt, dessen

Außendurchmesser so bemessen ist, dass die radial an der Außenseite des Befestigungsrings überstehenden Trägerzähne eine Position einnehmen, die der endgültigen Position im eingebauten Zustand im Statorring entspricht.

Das Metallband ist vorzugsweise als Blechband ausgebildet, das auf einer Blechspule aufgewickelt ist, von der das Band für die Herstellung des Stators abgewickelt wird. Hierzu wird vorteilhafterweise das Metallband tangential auf einen der Trägerzähne aufgesetzt und mit diesem verbunden und von der

Spule abgewickelt, während zugleich das Haltewerkzeug mit den Trägerzähnen in die Rotation versetzt wird, woraufhin das Metallband in Tangentialrichtung fortlaufend solange nachgeführt wird, bis sämtliche Trägerzähne von dem Metallband umwickelt sind. - A -

Vorteilhafterweise wird der Wicklungsvorgang mit der Verbindung der Trägerzähne mit der Innenseite des Metallbandes kombiniert. Dies erfolgt beispielsweise in der Art, dass die Trägerzähne und das Metallband formschlüssig miteinander verbunden werden, wobei ggf. auch eine reibschlüssige Verbindung in Betracht kommt.

Konkret lässt sich dies beispielsweise dadurch realisieren, dass die Trägerzähne an ihrer radial außen liegenden Stirnseite, die in Kontakt mit der Innenseite des Metallbandes gelangt, ein Formschlusselement aufweisen, dem korrespondierend ausgebildete Formschlusselemente an der Innenseite des Metallbandes zugeordnet sind. Mit dem Abwickeln des Metallbandes von der Spule gelangen die Formschlusselemente an den Trägerzähnen und an der Innenseite des Metallbandes in einen formschlüssigen Kontakt, so dass automatisch mit dem Umwickeln der Trägerzähne mit dem Metallband auch eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, das Metallband mit einer definierten radialen Presskraft gegen die Trägerzähne anzudrücken, um die Formschlussverbindung herzustellen .

Die Formschlusselemente sind beispielhaft an den Trägerzähnen kopfförmig ausgebildet, insbesondere kugelförmig oder teilkugelförmig, und werden in entsprechend geformte Ausnehmungen an der Innenseite des Metallbandes eingeführt, wobei die Ausnehmungen bevorzugt einen sich mindestens über 180° erstreckenden teilkreisförmigen Querschnitt besitzen, so dass die kopfförmigen Formschlusselemente an den Trägerzähnen in diese Ausnehmungen formschlüssig eingeknöpft werden.

In Betracht kommt aber auch eine sonstige Verbindungsart, beispielsweise ein Verschweißen zwischen den Stirnseiten der Trägerzähne und der Innenseite des Metallbandes. Die Verbindung kann sowohl während des Abrollens des Metallbandes als auch erst im Anschluss daran erfolgen.

Damit die Trägerzähne in einfacher Weise mit dem Haltewerkzeug verbunden werden können, die während des Herstellungsprozesses Träger der Trägerzähne ist, weisen die Trägerzähne zweckmäßigerweise an einer axialen Stirnseite eine Nut auf, mit der die Trägerzähne auf die Haltewerkzeug aufgesteckt werden können. Die ring- oder walzenförmige Haltewerkzeug ist hierfür mit korrespondierenden, radial an der Außenseite sich erstreckenden Vorsprüngen versehen, die im verbundenen Zustand in die jeweiligen Nuten in den Trägerzähnen einragen.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Trägerzähne des Stators, die während eines ersten Montageschrittes ihrer späteren Anordnung entsprechend auf einem Haltewerkzeug aufgesetzt sind,

Fig. 2 in einem nächsten Montageschritt die auf das

Haltewerkzeug aufgesetzten Trägerzähne, auf die jeweils vorgefertigten Einzelspulen aufgesteckt sind,

Fig. 3 in einem nächsten Verfahrensschritt ein an den

Trägerzähnen angesetztes Blechband, welches bei einer Rotation des Haltewerkzeugs mit den Trägerzähnen tangential nachgeführt wird, wobei in die Innenseite des Blechbandes Formschlussausnehmungen eingesetzt sind, in die kopfförmige Formschlusselemente an den Stirnseiten der Trägerzähne eingeführt werden,

Fig. 4 der Stator mit vollständig hergestelltem Statorring.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen .

In den Figuren 1 bis 4 wird die Herstellung eines Stators beschrieben, der Bestandteil eines EC-Innenläufer-Elektromotors (elektronisch kommutierter Motor) ist, der insbesondere als Stellmotor in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, beispielsweise in Lenksystemen zur Lenkkraftunterstützung (Electric Power Steering EPS) .

In Fig. 1 ist ein erster Montageschritt zur Herstellung des

Stators dargestellt. Zunächst werden Trägerzähne 1, die jeweils Träger einer bestrombaren Spule sind, auf ein Haltewerkzeug 2 provisorisch aufgesetzt, und zwar entsprechend ihrer späteren Position innerhalb eines Statorringes, welcher die Trägerzähne umschließt. Die Trägerzähne 1 werden radial ausgerichtet, über den Umfang gleichmäßig verteilt sind zwölf Trägerzähne auf dem Haltewerkzeug 2 befestigt. Zur Befestigung weisen die Trägerzähne 1 auf ihrer radial innen liegenden Stirnseite eine Nut 3 auf, in die ein entsprechend geformter Vorsprung auf der Außenseite des Haltewerkzeuges 2 einragt. Die Nut 3 ist in der Weise ausgebildet, dass das Haltewerkzeug 2 nach Fertigstellung des Stators axial entfernt werden kann.

Auf der radial außen liegenden Stirnseite sind die Trägerzähne 1 jeweils mit einem köpfförmigen, abgerundeten Formschlusselement 5 versehen, welches die Aufgabe hat, eine Formschlussverbindung mit dem aufzubringenden Statorring einzugehen.

Jeder Trägerzahn 1 weist im Bereich seiner radial innen liegenden Stirnseite zwei seitlich in Umfangsrichtung auskragende Fortsätze 4 auf, wobei sich die Fortsätze 4 benachbarter Trägerzähne 1 berühren und somit einen durchgehenden Innenring bilden, der einen Innenraum umschließt, welcher nach Fertigstellung des Elektromotors von der Ankerwelle eingenommen wird. Während des Herstellungsprozesses wird der Innenraum von dem Haltewerkzeug 2 eingenommen, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser der Ankerwelle entspricht.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 2 werden einzelne Spulen 6 auf die Trägerzähne 1 aufgesteckt, ggf. aufgepresst. Jedem Trägerzahn 1 ist jeweils eine Spule 6 zugeordnet. Die Spulen 6 sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass ihre radiale Außenseite eine nur von den Formschlusselementen 5 an der Stirnseite der Trägerzähne 1 durchbrochene, ringförmige Außenfläche 7 bilden.

Im nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 3 wird ein aus Blech bestehendes Metallband 8 auf die Trägerzähne 1 aufgesetzt, wobei das Metallband 8 den Statorring bildet. Auf der Innenseite 9 des Metallbandes 8 befinden sich Formschlussausnehmungen 10, die bezüglich ihres Querschnittes und des Abstandes an die Formschlusselemente 5 an den Trägerzähnen 1 sowie den Abstand der Trägerzähne zueinander angepasst sind.

Das Metallband 8 wird tangential an das Haltewerkzeug 2 mit den Trägerzähnen 1 herangeführt und zunächst mit einem Trägerzahn 1 verbunden, indem die Formschlussausnehmung 10 im Metallband 8 auf das kopfförmige Formschlusselement des betreffenden Trägerzahns 1 aufgesetzt wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, das Metallband 8 mit einer radial nach innen gerichteten Kraft in Richtung der Trägerzähne 1 zu belasten, um eine sichere Formschlussverbindung zwischen den Formschlusselementen 5, 10 herzustellen .

Im weiteren Verlauf wird das Metallband 8, das bevorzugt auf einer Spule aufgewickelt ist, wie mit den Pfeilen dargestellt, permanent tangential an das Haltewerkzeug 2 mit den Trägerzähnen 1 herangeführt, wobei das Haltewerkzeug 2 in Rotation versetzt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Haltewerkzeuges ist an die Zufuhrgeschwindigkeit des Metallbandes 8 angepasst. Auf diese Weise legt sich das Metallband 8 an den Umfang sämtlicher Trägerzähne 1 und bildet somit den Statorring.

Der fertig gestellte, von dem Metallband gebildete Statorring 8 ist in Fig. 4 dargestellt. Das Metallband erstreckt sich über 360°, die Stirnseiten des Metallbandes liegen unmittelbar auf Kontakt aneinander und werden zweckmäßigerweise fest miteinander verbunden, beispielsweise über Laserschweißen. Auf Grund des Formschlusses besteht in Radialrichtung eine feste Verbindung zwischen den Trägerzähnen 1 und dem Statorring 8. Nach Fertigstellung kann das Haltewerkzeug 2 axial aus dem Stator entfernt werden und der Elektromotor unter Verwendung des Stators zusammengebaut werden.