DE10152006A1

DE10152006A1 - Stator für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10152006A1
Application number: DE10152006A
Authority: DE
Inventors: Horst Oppitz
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: DE10152006B4; JP2003143793A; FR2831346A1; JP3732171B2; US20030173854A1; FR2831346B1; US6707186B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Statorjoch, an dem eine Anzahl von Statorspulen, die Spulenenden aufweisen, angeordnet ist und einer an einer Stirnseite des Statorjochs angeordneten Verschaltungsanordnung für die Statorspulen, wobei die Verschaltungsanordnung elektrisch gegeneinander isolierte Verbindungsleiter aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und wobei die Verbindungsleiter von diesen abstehende Anschlüsse für die Enden der Statorspulen aufweisen. Erfindungsgemäß sind am Stator Aufnahmeelemente ausgebildet, welche die Anschlüsse der Verbindungsleiter aufnehmen und die Verbindungsleiter in deren Lage fixieren und wobei die Aufnahmeelemente den Spulenenden zugeordnet sind, welche mit den Anschlüssen der Verbindungsleiter an den Aufnahmeelementen paarweise eine elektrische Klemmverbindung ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 sowie Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators.
Bekannte Statoren für elektrische Maschinen weisen ein Statorjoch mit einer Anzahl von Statorzähnen auf, welche die elektrische Wicklung bspw. in Form von einzelnen Statorspulen tragen, welche aus einem Isolierdraht gewickelt sind. Die Spulen sind mit ihren Spulenenden einzelnen Strängen zugeordnet und untereinander in einer vorbestimmtem Weise über gemeinsame Verbindungsleiter verschaltet. Im Fall einer Drehstrommaschine weist der Stator drei Stränge und damit zumindest drei Verbindungsleiter auf, die jeweils um 120° phasenversetzt mit Strom beaufschlagt werden. Die Verbindungsleiter werden zum Anschluß der elektrischen Maschine mit einer elektrischen Energiequelle einem Schaltkasten zugeführt.
Die DE 199 20 127 C2 offenbart einen Stator für eine elektrische Maschine, bei der die Verschaltungsanordnung elektrisch isolierte Verbindungsleiter aufweist, die konzentrisch zueinander zugeordnet sind (siehe Fig. 7 der vorliegenden Patentanmeldung). Die Anschlüsse für die Enden der Statorspulen sind an den Verbindungsleitern als von diesen abstehende Anschlußfortsätze ausgebildet. Die elektrische Verbindung kann hierbei durch eine Fügetechnik, bspw. Schweissen, Löten und/oder einfaches Umwickeln der Anschlußfortsätze realisiert werden. Die Verbindungsleiter stützen sich gegenseitig und am Stator durch zwischen diese eingelegte Isoliermittelstreifen ab.
Bei einer der genannten Fügeverbindungen besteht der Nachteil, dass die zum Verbinden eingebrachte Prozeßwärme zu einer Schädigung der Isolation zwischen den Verbindungsleitern und weiterhin der Isolation der Wickeldrähte im Bereich der Spulen führen kann. Dadurch kann es sehr schnell zu unerwünscheten elektrischen Kurzschlüssen kommen, welche die Funktion der elektrischen Maschine beeinflussen und sogar zum Ausfall dieser führen können. Des Weiteren hebt eine Beschädigung der zwischen den Verbindungsleitern angeordneten Isolation die Lagefixierung der Verbindungsleiter auf. Diese sind damit nicht mehr betriebssicher am Stator angeordnet. Vibrationen, die beim Betreiben der elektrische Maschine auftreten oder von außerhalb auf diese einwirken führen zu einer mechanischem Wechselbelastung der elektrischen Verbindungen der Maschine, welche sich innerhalb einer kurzen Zeit lösen können. Das Umwickeln der Anschlußfortsätze stellt einen typischen Handarbeitsschritt dar, welcher einer Effizienzsteigerung bei der Herstellung solcher Statoren hindernd im Wege steht. Bei der Verschaltung der Spulen eines Stators ist wegen der relativ großen Anzahl von Spulenenden die Gefahr von Fehlschaltungen wegen fehlerhafter Zuordnungen zu den Verbindungsleitern erheblich. Trotz größter Sorgfalt kann diesbezüglich bei der Fertigung von Statoren keine 100%ige Sicherheit erzielt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stator der vorgenannten Art konstruktiv so zu verbessern, dass insbesondere dessen Verschaltungsanordnung einfacher gestaltet ist und diese zugleich prozesssicher und automatisiert hergestellt werden kann. In einem weiteren Aspekt sollen Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators bereitgestellt werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 und durch die Verfahren gemäß der Patentansprüche 19 und 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung stützt sich gemäß einem ersten Lösungsgedanken darauf, an dem Stator Aufnahmemittel auszubilden, so daß diese sowohl zur mechanischen Lagefixierung der Verbindungsleiter auch zur Darstellung der elektrischen Verbindungen der Spulenenden mit den jeweiligen Verbindungsleitern geeignet sind. Auf diese Weise können die ursprünglich zwei voneinander unabhängigen Montageschritte des mechanischen Fixierens der Verbindungsleiter und deren elektrische Verschaltung mit den Spulenenden zu einem einzigen Schritt vereint werden und somit bei der Herstellung des Stators erheblich Zeit und Kosten eingespart werden.
Gemäß einem zweiten Lösungsgedanken ist vorgesehen, die Verbindungsleiter nicht direkt mit den Spulenenden zu verbinden, sondern zwischen den Spulenenden und den Verbindungsleitern separate Steckkontakte anzuordnen. Damit können einzelne Spulen bevor diese am Stator angeordnet werden, auf deren Funktion überprüft werden und fehlerhafte Spulen aus dem weiteren Montageprozess ausgenommen werden. Diese Vorkonfektionierung mittels kostengünstiger und leicht anzuordnender Steckkontakte ermöglicht eine Einsparung von Fertigungskosten und -zeit und reduziert damit zugleich den Rücklauf fehlerhafter Statoren.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Aufnahmeelemente Aufnahmemittel für die Spulenenden auf. Dadurch können auch die Spulenenden am Aufnahmelement in eine für die Kontaktierung vorbestimmte Position gebracht werden. Diese Maßnahme ist auf eine hohe Reproduzierbarkeit der elektrischen Verbindungsstellen zwischen den Spulenenden und den Verbindungsleitern gerichtet.
Eine weitere Montagevereinfachung wird erzielt, wenn die Aufnahmeelemente auf Teilkreisen angeordnet sind, die denen der Verbindungsleiter im wesentlichen entsprechen. In diesem Fall kann beispielsweise ein ringförmiger Verbindungsleiter einfach an einer Axialseite des Stators aufgesteckt werden, wobei die Anschlüsse des Verbindungsleiters gleichzeitig in die entsprechenden Aufnahmeelemente eingeführt werden und sich dabei ebenfalls gleichzeitig eine Vielzahl von erwünschten elektrischen Klemmverbindungen hergestellt werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Anschlüsse der Verbindungsleiter als Schneidklemmen ausgebildet. Dadurch wird zu den Spulenenden eine in der elektrischen Verbindungstechnik bekannte Schneidklemmverbindung realisiert. Ein besonders erwähnenswerter Vorteil besteht darin, daß beim Herstellen der Verbindung die Schneidklemme die Isolierhülle der Spulenenden verdrängt und sich somit zusätzliche Maßnahmen zur Entfernung der Isolierhülle erübrigen. Ein unbeabsichtigtes Entfernen der Isolationshülle an nicht erwünschten Stellen ist somit ausgeschlossen.
Die Verwendung wiederverwendbarer Schneidklemmen ermöglicht bei Reparaturen ein schnelles und einfaches Lösen der elektrischen Verbindung bspw. zu einer defekten Spule oder einem beschädigten Verbindungsleiter.
Eine Fixierung der Schneidklemmen in den Aufnahmeelementen erfolgt mit Vorteil durch Arretierelemente, wobei dazu die Anschlüsse der Verbindungsleiter und/oder die Aufnahmeelemente Rasthaken oder Federelemente umfassen. Die Verbindungsleiter gehen somit nach dem Aufstecken auf eine Axialseite des Stators mit diesem eine selbsthemmende mechanische Verbindung ein, womit die Notwendigkeit für die Anwendung zusätzlicher Verbindungen, etwa von Schraub- oder Nietverbindungen entfällt.
Ebenso erweist es sich als günstig, wenn die Steckkontakte und/oder die Aufnahmeelemente Arretierelemente in Form von Rasthaken oder Federelemente umfassen.
Günstigerweise entspricht die einem Spulenende zugeordnete Anzahl von Aufnahmeelementen der Anzahl der Verbindungsleiter. Damit ist gewährleistet die Verschaltung variabel bleibt, das heißt die Spulenenden können mit allen Verbindungsleitern je nach angewandten Schaltschema eine elektrische Verbindung eingehen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Aufnahmeelemente an den Wickelkörpern auszubilden. Damit läßt sich eine einfache und feste Lagezuordnung der Spulenenden zu den Aufnahmelementen erreichen.
Der konzentrischen Anordnung der gemeinsamen Verbindungsleiter folgend, ist es ebenso sinnvoll, die einem Spulenende zugeordneten Aufnahmeelemente am Stator radial zueinander anzuordnen.
Die elektrischen Verbindungsstellen der Spulenenden mit den Anschlüssen der Verbindungsleiter sind zum Schutz vor äußeren Einflüssen bevorzugt im Inneren von offenen Kammern angeordnet, welche durch die Aufnahmelemente gebildet werden.
In gleicher Weise sind die elektrischen Verbindungsstellen der Spulenenden mit den Steckkontakten vorteilhaft im Inneren der Kammern angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung weisen die Verbindungsleiter und der Stator Bezugsmerkmale auf, die die Lage der Verbindungsleiter zu den Enden der Statorspulen festlegen und wobei die Anschlüsse an den Verbindungsleitern bzw. und/oder die Aufnahmeelemente am Stator so ausgebildet sind, dass diese nach erfolgter Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator paarweise korrespondieren. Auf diese Weise wird für ein vorbestimmtes Verschaltungsschema eine Anzahl von elektrischen Verbindungsstellen eindeutig definiert und Fehler zuverlässig ausgeschlossen.
In analoger Weise ist es auch gemäß dem zweiten Lösungsgedanken von Vorteil, wenn die Verbindungsleiter und der Stator Bezugsmerkmale aufweisen, die die Lage der Verbindungsleiter zu den Enden der Statorspulen festlegen und wobei die Aufnahmemittel an den Verbindungsleitern und/oder die Steckelemente am Stator so ausgebildet sind, dass diese nach erfolgter gegenseitiger Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator paarweise korrespondieren.
In vorteilhafter Ausbildung weisen ebenso die Steckkontakte zur Ausbildung einer Schneidklemmenverbindung mit den Spulenenden Schneidklemmen auf.
Die Steckkontakte sind beispielsweise als bekannte Flach- oder Federkontakte ausgebildet.
Bei der Montage wird die Verbindung der Verbindungsleiter mit den Steckkontakten wesentlich vereinfacht, wenn die Steckkontakte und die Aufnahmemittel der Verbindungsleiter ein Spiel in Umfangsrichtung bezüglich der Anordnung am Stator einschließen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators bereitgestellt, welches folgende wesentliche Schritte vorsieht:

- Anordnen der Statorspulen an dem Statorjoch,
- Ausrichten der Spulenenenden an den Aufnahmeelementen,
- Zuordnen der Lage der Verbindungsleiter zum Stator,
- Einführen der Anschlüsse der Verbindungsleiter in die Aufnahmeelemente, wobei die Spulenenden mit den Anschlüssen der Verbindungsleiter elektrisch verklemmt werden.

In einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators werden folgende Schritte ausgeführt:

- Ausrichten der Spulenenenden an den Aufnahmeelementen,
- Einführen der Steckkontakte in die Aufnahmeelemente, wobei die Steckkontakte mit den Spulenenden elektrisch verklemmt werden,
- Anordnen der Statorspulen an dem Statorjoch,
- Zuordnen der Lage der Verbindungsleiter zum Stator
- Verbinden der Aufnahmemittel der Verbindungsleiter mit den Steckkontakten, wobei diese eine elektrische Verbindung mit den Verbindungsleitern eingehen und dabei die Verbindungsleiter in deren Lage fixieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Stators mit auf dessen Zähnen angeordneten Spulen,
Fig. 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des in Fig. 1 dargestell ten Stators,
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Wickelkörpers im Bereich der Aufnahmeelemente,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Kammer mit Flachkontakten,
Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Kammer mit federnden Kontakt,
Fig. 6 eine schematische Verschaltungsanordnung und deren erfindungsgemäße Realisierung,
Fig. 7 eine aus dem Stand der Technik bekannte Verschaltungsanordnung,
Fig. 8 eine Verschaltungsanordnung mit Steckkontakten,
Fig. 9 eine weitere Ausführung einer Verschaltungsanordnung mit Steck kontakten.
Fig. 1 zeigt einen auf einer gekühlten Nabe 2 montierten Stator 10 für eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte elektrische Maschine mit einem ringförmigen aus lamellierten Elektroblech bestehendem Statorjoch 4. Die spezielle Bauart der elektrischen Maschine ist für die weiteren Erläuterungen unerheblich, es kann sich beispielsweise um eine permanent erregte Synchronmaschine, einen Induktionsmotor, eine Reluktanzmaschine in Innen-, Außen- oder Scheibenläuferbauart oder irgendeine andere elektrische Maschine handeln. Das Satorjoch 4 weist in Umfangsrichtung eine Anzahl von radial nach außen gerichteten Zähnen 6 auf, wobei jeder zweite Zahn 6 mit einer Einzelspule 8 bestückt ist. Die Spulen 8 bestehen aus einer Wicklung 12 eines einzelnen oder eines mehradrigen Leiters, wobei dessen Einzelleiter untereinander verdrillt sein können. In Fig. 1 wurden die Einzelspulen 8 in einem vorherigen Fertigungsschritt mit Hilfe von jeweils zwei aus einem Isoliermaterial bestehenden Wickelkörpern separat gewickelt und anschließend über die Zähne 6 des Statorjochs 4 geschoben und gegen Verrutschen gesichert. Jede Spule 8 weist zwei Spulenenden 18, 20 auf, welche an einer gemeinsamen Stirnseite 22 des Stators 10 aus den Spulen 8 herausgeführt sind und zur gemeinsamen Verschaltung bereitstehen. Die Spulen 8 sind allgemein einzelnen Strängen zugeordnet und werden wie weiter unten noch ausgeführt über gemeinsame Verbindungsleiter 24, 26, 28 in einer vorbestimmten Weise miteinander verschaltet. Die Verbindungsleiter 24, 26, 28 weisen in weiterer zeichnerisch nicht dargestellter Ausgestaltung Anschlußfahnen zum Anschluß der elektrischen Maschine an eine elektrische Energiequelle und eine Steuervorrichtung auf. Diese sind jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Verbindungsleiter 24, 26, 28 bestehen aus geschlossenen ringförmig gebogenen Leitern, welche in Fig. 2 nur andeutungsweise und in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist.
Die prinzipielle Anordnung der ringförmigen Verbindungsleiter 24, 26, 28 entspricht der aus dem Stand der Technik bekannten und in Fig. 7 dargestellten Lösung mit Ausnahme der im Folgenden noch zu erläuternden erfindungsgemäßen Ausgestaltung der von den Verbindungsleitern 24, 26, 28 abstehenden Anschlüsse zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zu den Einzelspulen 8. Die erfindungsgemäße Lösung macht im vorliegendem Fall ebenfalls davon Gebrauch, die Verbindungsleiter 24, 26, 28 koaxial zueinander am Stator 10 und damit platzsparend anzuordnen.
Im Folgenden wird die Verbindung der Spulenenden 18, 20 mit den Verbindungsleitern 24, 26, 28 erläutert wobei zunächst auf die Ausgestaltung der am Stator 10 fest angeordneten Elemente eingegangen wird und danach die Besonderheiten der Verbindungsleiter 24, 26, 28 und die Verbindung selbst beschrieben werden.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt B-B durch eine Einzelspule 8 mit einem Wickelkörper 14, der zugleich als Isolierkörper fungiert und einem weiteren Wickelkörper 16, der radial unterhalb seines Wickelbereiches eine Verlängerung des Basisschenkels aufweist, an der Aufnahmeelemente in Form von offenen Kammern 30, 32, 34 ausgebildet sind, welche Öffnungen aufweisen, die zur Aufnahme der von den Verbindungsleitern 24, 26, 28 seitlich abstehenden Anschlüsse vorgesehen sind und welche die Verbindungsleiter dann sicher in deren Lage am Stator 10 halten können. In der Schnittdarstellung der Fig. 2 weist nur der mittlere Verbindungsleiter 26 einen Anschluß 27 auf. Die anderen Verbindungsleiter 24 und 28 weisen generell ebenfalls seitliche Anschlüsse auf, jedoch sind diese an der gezeigten Position nicht ausgeführt. Die Schneidklemmen sind an den Verbindungsleitern in Umfangsrichtung nur an den Positionen ausgeführt, an denen bei der Anordnung am Stator eine elektrische Verbindung zu einem Spulenende vorgesehen ist. Im vorliegenden Beispiel sind die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 an einem und einstückig mit einem Wickelkörper 16 ausgebildet. Alternativ können die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 auch separate Elemente bilden und gesondert am Stator 10 angebracht werden. Aus den Fig. 1 und 2 ist weiterhin erkennbar, daß die kammerförmigen Aufnahmeelemente 30, 32, 34 auf Teilkreisen angeordnet sind, die denen der Verbindungsleiter 24, 26, 28 im wesentlichen entsprechen. Desweiteren sind jedem Spulenende 18, 20 drei Aufnahmeelemente bzw. Kammern 30, 32, 34 zugeordnet. Somit entspricht die einem Spulenende zugeordnete Anzahl von Aufnahmeelementen der Anzahl der Verbindungsleiter. Die einem Spulenende 18, 20 zugeordneten Aufnahmeelemente 30, 32, 34 sind dabei am Stator radial zueinander angeordnet.
Die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 haben zusätzlich zu der bereits erwähnten Haltefunktion der Verbindungsleiter 24, 26, 28 eine weitere Funktion bezüglich der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Spulenenden 18, 20 und den Verbindungsleitern 24, 26, 28.
In Fig. 1 sind dazu die Spulenenden 18 und 20 zunächst radial nach innen, jedoch bezüglich der Wickelkörpers 16 axial benachbart, über alle Öffnungen der zugeordneten Kammern 30, 32, 34 geführt. Somit sind die Aufnahmeelemente den Spulenenden zugeordnet, welche mit den Anschlüssen der Verbindungsleiter an den Aufnahmeelementen paarweise eine elektrische Klemmverbindung ausbilden können. In Fig. 1 besteht prinzipiell die Möglichkeit, das Spulenende 18 in jeder der Kammern 30, 32, 34 auf einen entsprechend gestalteten Verbindungsleiter aufzuschalten. Die Verbindungstellen der Spulenenden 18, 20 mit den Anschlüssen der Verbindungsleiter 24, 26, 28 sind im Inneren der Kammern 30, 32, 34 vorgesehen. An den Stirnseiten der Kammern 30, 32, 34 sind zur Einführung der Spulenenden 18, 20 deshalb, wie auch in Fig. 3 gezeigt, von einem trichterförmigen Bereich ausgehende radial erstreckende und sich in Axialrichtung vertiefende Schlitze 36 vorgesehen, welche Führungsmittel für die Spulenenden 18, 20 bilden. Das Spulenende 18 ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 in einer Lage gezeigt, welche sich nach dem Einführen des Anschlusses 27 in die Kammer 32 ergibt.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt A-A durch mehrere mit Kammern 32 ausgebildete Wickelkörper 16 und einen ringförmigen Verbindungsleiter 26 mit seitlich abstehenden Anschlüssen 27, welche als Schneidklemmen zur Herstellung einer Schneidklemmverbindung ausgeführt sind. Die Schneidklemmen 27 weisen Schlitze 31 auf, welche zur Aufnahme der Spulenenden 18, 20 vorgesehen sind und welche so ausgestaltet sind, dass die innenliegenden Flanken der Schneidklemme 27 die Isolierhülle des Spulendrahtes verdrängen und den Massivleiter bzw. die Einzeldrähte eines Drahtlitzenleiters verformen und damit eine gasdichte elektrische Verbindung herstellen.
Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Kammer 40 mit einer als Flachkontakt geformten Schneidklemme 42, welche an deren Außenkontur Rasthaken 44 aufweist, um in der Kammer 40 zur Lagefixierung verrastet zu werden. Die rechts dargestellte Schneidklemme 42 ist bereits in die Kammer 40 eingeführt und hat mit einem Spulenende 20, welches im Beispiel aus drei Einzelleitern besteht, eine Schneidklemmverbindung ausgebildet.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung einer Schneidklemme 46 gezeigt, die einen Federkontakt aufweist, dessen Arme sich gegen die Wände der Kammer 48 abstützen. Alternativ können die Arretierelemente anstelle an den Schneidklemmen auch an den Aufnahmeelementen ausgebildet sein. Die Schneidklemmen können vorteilhafterweise als wiederverwendbare Schneidklemmen ausgeführt sein und somit eine mehrmalige Beschaltung ermöglichen.
Zur Lagefestlegung der Verbindungsleiter und deren Anschlüsse weisen die Verbindungsleiter und der Stator wenigstens ein zeichnerisch nicht dargestelltes Bezugsmerkmal auf, welches die Lage der Verbindungsleiter zu den Enden der Statorspulen festlegen und wobei die Anschlüsse an den Verbindungsleitern und/oder die Aufnahmeelemente am Stator so ausgebildet sind, dass diese nach erfolgter Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator paarweise korrespondieren. Als Zuordnungsmerkmale sind beispielsweise Einprägungen, Farbmarkieren oder konstruktive Merkmale geeignet. Die Verschaltung der beiden Spulenenden zu den mehreren Verbindungsleitern ist somit durch die konstruktive Ausgestaltung der Anschlüsse an den Verbindungsleitern und/oder die Lage der Aufnahmeelemente zu den Verbindungsleitern vorbestimmt. Damit können Verschaltungsfehler sicher ausgeschlossen werden. Eine elektrische Verbindung kann also nur an Positionen erfolgen wo zusätzlich zu einem Spulenende ein Paar, gebildet aus einem Aufnahmeelement und einem Anschluß eines Verbindungsleiters, auftritt. Fig. 6 zeigt im oberen Teil ein Schaltbild der Verschaltung von Spulenenden 18, 20 von drei Spulen 8 auf drei Verbindungsleiter 24, 26, 28. Im unteren Teil der Fig. 6 ist die dazu korrespondierende Ausgestaltung der Verbindungsleiter 24, 26, 28 mit seitlichen Anschlüssen 25, 27, 29 und deren Positionierung zu den Anschlüssen 18, 20 schematisch dargestellt.
Bei der Herstellung eines Stators 10 gemäß der in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Ausführung werden zunächst die Statorspulen 8 am Statorjoch 4 angeordnet und in einem weiteren Schritt die Spulenenenden 18, 20 an den Aufnahmeelementen 30, 32, 34 ausgerichtet, in dem diese radial nach innen gerichtet über den Öffnungen der Kammern im Bereich der trichterförmig mündenden Schlitze gelegt werden. Die Spulenenden 18, 20 können jedoch auch schon unmittelbar nach dem Wickeln abgelängt und leicht in die Schlitze der Kammern eingedrückt werden. Dazu kann sich die Spule noch auf einer Wicklemaschine befinden. Dann werden die ringförmigen Verbindungsleiter 24, 26, 28 mittels der am Stator 10 und den Verbindungsleitern 24, 26, 28 angebrachten Orientierungsmerkmale zueinander positioniert. In dessen Ergebnis stehen sich nur an den gewünschten Positionen die Anschlüsse der Verbindungsleiter 24, 26, 28 und die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 axial gegenüber. Als letzter Schritt werden durch seitliches Einstecken die Anschlüsse der Verbindungsleiter 24, 26, 28 in die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 eingeführt, wobei die Spulenenden 18, 20 mit den Anschlüssen 27 der Verbindungsleiter elektrisch verklemmt werden. Dabei verdrängen die innenliegenden Flanken der Schneidklemme 27 die Isolierhülle der Spulenenden 18, 20 und verformen den Massivleiter bzw. die Einzeldrähte eines Drahtlitzenleiters und stellen damit eine gasdichte Verbindung her. Gleichzeitig werden dabei die Verbindungsleiter 24, 26, 28 mechanisch am Stator 10 arretiert. Die jetzt konzentrisch angeordneten Verbindungsleiter 24, 26, 28 sind durch Luftzwischenräume getrennt und sind vor einer gegenseitigen Berührung gesichert. Bei Bedarf kann in diese Zwischenräume zusätzlich auch ein Isoliermaterial eingebracht werden, beispielsweise ein Isoliermittelstreifen. Vielfach genügt auch Elektrotränkharz, welches bei Tränken des Stators die freien Oberflächen und zugängliche Zwischenräume bedeckt bzw. ausfüllt. Damit wird einem elektrischen Kurzschluß zwischen diesen Leitern sicher vorgebeugt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen Ausführungsbeispiele gemäß dem zweiten Lösungsgedanken, bei dem vorgesehen ist, die Verbindungsleiter nicht direkt mit den Spulenenden zu verbinden, sondern zwischen den Spulenenden und den Verbindungsleitern separate Steckelemente anzuordnen. Die bisherigen Ausführungen zur Ausgestaltung des Stators finden auch im vorliegenden Fall Anwendung, so dass um Wiederholungen zu vermeiden, auf die voranstehende Beschreibung verwiesen wird. Ebenso können der Stator und die Verbindungsleiter zur gegenseitigen Lagezuordnung Markierungen aufweisen.
Fig. 8 zeigt einen Schnitt A-A durch mehrere als Kammern 40 ausgebildete Aufnahmeelemente eines am Stator 10 gemäß der Fig. 1 und 2 angeordneten Wickelkörpers 16. In die Aufnahmeelemente 40 können bereits im Anschluß an die Fertigstellung der Wicklung 12 Steckkontakte 50, z. B. wie dargestellt Flachstecker, die einen Schlitz 52 zur Herstellung einer elektrische Schneidklemmverbindung mit den Spulenenden 18, 20 aufweisen, eingeführt werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel bilden die Aufnahmelemente 30, 32, 34 offene Kammern und die elektrischen Verbindungsstellen der Spulenenden 18, 20 mit Steckkontakten 50 sind im Inneren der Kammern 40 angeordnet. Die Steckkontakte 50 sind an der von den Kammern 40 aufgenommenen Seite u-förmig gebogen, wodurch sich die beiden Schenkel gegen die Wände der Kammern 40 abstützen können. Zusätzlich sind zum Zweck der mechanischen Fixierung an der Außenkontur des Steckkontaktes 50 Rasthaken 54 ausgebildet. Alternativ können ebenso die Aufnahmeelemente 40 allein oder zusätzlich Arretierelemente in Form von Rasthaken oder Federelemente umfassen.
An den Verbindungsleitern 24, 26, 28, von denen nur einer zeichnerisch dargestellt ist, sind Aufnahmemittel 58 in Form von Anschlußfahnen mit teilweise umgebogenen Außenbereichen ausgebildet, die Zungen 60 der Steckkontakte 50 unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung aufnehmen und dabei die Verbindungsleiter 24, 26, 28 am Stator 10 in deren Lage fixieren. Die Zungen 60 der Steckkontakte 50 und die Anschlußfahnen 58 der Verbindungsleiter 24, 26, 28 können alternativ auch abgewinkelt ausgeführt werden und dazu in verschiedene gewünschte Richtungen gebogen sein.
Eine besonders vorteilhafte Variante ist die in Fig. 9 dargestellte und mit Federkontakten 64 nach dem Prinzip der Schneid-Klemm-Technik bestückbare Kammer 40 eines Wickelkörpers 16. Auch in diesem Beispiel ist zur Vereinfachung nur ein ringförmiger Verbindungsleiter 24 dargestellt, der mit seitlich abstehenden Anschlüssen 25 in Form von Flachzungen 62 ausgestattet ist, die in vorbestimmten Abständen des gewünschten Schaltschemas angeordnet sind. Die Flachzungen 62 sind etwas schmaler als die Steckkontakte 64, die hier als Federkontakt ausgeführt sind und weisen im montierten Zustand ein Spiel in Umfangsrichtung in Bezug zum Stator 10 auf. Durch diese Ausgestaltung ist die Verschaltungsanordnung toleranzunempfindlich und für eine Automatisierung bestens geeignet. Durch die Verschaltungsanordnung mit ihren insgesamt drei Verbindungsleitern 24, 26, 28, deren seitliche Anschlüsse 25, 27, 29 mittels der Steckkontakte 64 in den Aufnahmeelementen 40 der Spulen verankert sind, werden die Spulen 8 gegen eine radiale Bewegung in deren Lage gesichert.
Mit Bezug auf den in den Fig. 1, 2 dargestellten Stator und in den Fig. 8 und 9 dargestellten Kontaktierungen läßt sich das Verschalten des Stators 10 wie folgt ausführen. Zunächst erfolgt an einer dazu vorgesehenen Wickelmaschine das Wickeln der Spulen 8 unter Anwendung von zwei Wickelkörpern 14, 16, von denen wenigstens einer entsprechende Aufnahmeelemente 30, 32, 34 für die Verschaltungsanordnung aufweist. Nach dem Wickelvorgang werden die Spulenenden 18, 20 an den Aufnahmeelementen 30, 32, 34 ausgerichtet und etwas in die Drahtführungsschlitze 36 eingedrückt. In einem weiteren Schritt werden die Steckkontakte 50, 64 in die Aufnahmeelemente 30, 32, 34 eingeführt, wobei die Steckkontakte 50, 64 mit den Spulenenden 18, 20 elektrisch verklemmt werden. Die Steckkontakte 50, 64 können dabei in alle einem Spulenende 18, 20 zugeordneten Aufnahmeelemente 30, 32, 34 eingeführt werden, womit für die nachfolgenede Verschaltung der Spulen weiterhin eine volle Variabilität besteht, oder die Steckkontakte 30, 32, 34 werden bei bereits feststehendem Verschaltungsschema nur in die vorgesehenen Aufnahmeelemente 30, 32, 34 eingeführt. Im letztgenannten Fall ergibt sich bei Verwendung von Verbindungsleitern 24, 26, 28 mit einer vorbestimmten Anordnung der seitlichen Anschlüsse 25, 27, 29 eine besonders verschaltungssichere Verschaltungsanordnung. Das Ausrichten der Spulenenden 18, 20 und die Kontaktierung mit Steckelementen 50, 64 können automatisiert an der Wickelmaschine oder auch nach bereits von der Wickelmaschine abgenommener Spule 8 manuell oder automatisch durch eine weitere Vorrichtung erfolgen. Es ist sinnvoll, die mit Steckelementen 50, 64 kontaktierten Spulen 8 vor der weiteren Montage auf deren Funktion zu überprüfen und fehlerhafte Spulen auszusondern. In einem nächsten Schritt werden die Spulen 8 am Statorjoch 4 angeordnet und ggf. mit geeigneten Mitteln, z. B. Rastelementen, fixiert. Wenn die Spulen 8 an den Spulenenden 18, 20 nur mit zwei Steckkontakten 50, 64 zur Verschaltung mit zwei von drei Verbindungsleitern 24, 26, 28 bestückt sind, so ist hier bereits die schaltungsrichtige Anordnung der Spulen 8 am Stator 10 zu beachten. Es wird in einem weiteren Schritt die Lage der Verbindungsleiter 24, 26, 28 zum Stator 10 festgelegt und anschließend werden die Aufnahmemittel 58, 62 der Verbindungsleiter 24, 26, 28 mit den Steckkontakten 50, 64 verbunden, wobei diese eine elektrische Verbindung mit den Verbindungsleitern 24, 26, 28 eingehen und dabei die Verbindungsleiter 24, 26, 28 in deren Lage fixieren.
Zur Erleichterung der Zuordnung der Verbindungsleiter 24, 26, 28 zum Stator 10 weisen die Verbindungsleiter 24, 26, 28 und der Stator 10 analog zu dem anhand der Fig. 1 bis 6 erläutertem Beispiel zeichnerisch nicht dargestellte Bezugsmerkmale auf, die die Lage der Verbindungsleiter 24, 26, 28 zu den Enden 18, 20 der Statorspulen 8 festlegen. Die Aufnahmemittel 58, 62 an den Verbindungsleitern 24, 26, 28 und/oder die Steckelemente 50, 64 am Stator 10 sind hierbei so ausgebildet, dass diese nach erfolgter gegenseitiger Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator 10 paarweise korrespondieren. Nach Herstellung der Verschaltungsanordnung des Stators 10 wird dieser in bekannter Weise mit einem Elektrotränkharz imprägniert. Bezugszeichenliste FRP-15465 2 Nabe
4 Statorjoch
6 Zahn
8 Spule
10 Stator
12 Wicklung
14, 16 Wickelkörper
18, 20 Spulenende
22 Stirnseite des Stators
24, 26, 28 Verbindungsleiter
25, 27, 29 seitlich abstehende Anschlüsse der Verbindungsleiter
30, 32, 34 Aufnahmeelemente, Kammern
31 Schlitz an den seitlich abstehenden Anschlüssen der Verbindungsleiter
36 Schlitz am Aufnahmeelement
40, 48 Kammer
42, 46 Schneidklemme
44 Rasthaken
50 Steckkontakt
52 Schlitz am Steckkontakt
54 Rasthaken
58 Aufnahmemittel
60 Zunge des Steckkontakts 50
62 Flachzunge an einem Verbindungsleiter
64 Federkontakt

Claims

1. Stator für eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Statorjoch, an dem eine Anzahl von Statorspulen, die Spulenenden aufweisen, angeordnet ist und einer an einer Stirnseite des Statorjochs angeordneten Verschaltungsanordnung für die Statorspulen, wobei die Verschaltungsanordnung elektrisch gegeneinander isolierte Verbindungsleiter aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und wobei die Verbindungsleiter von diesen abstehende Anschlüsse für die Enden der Statorspulen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass am Stator (10) Aufnahmeelemente (30, 32, 34) ausgebildet sind, welche die Anschlüsse (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) aufnehmen und die Verbindungsleiter (24, 26, 28) in deren Lage fixieren und wobei die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) den Spulenenden (18, 20) zugeordnet sind, welche mit den Anschlüssen (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) an den Aufnahmeelementen (30, 32, 34) paarweise eine elektrische Klemmverbindung ausbilden.

2. Stator für eine elektrische Maschine mit einem ringförmigen Statorjoch, an dem eine Anzahl von Statorspulen, die Spulenenden aufweisen, angeordnet ist und einer an einer Stirnseite des Statorjochs angeordneten Verschaltungsanordnung für die Statorspulen, wobei die Verschaltungsanordnung elektrisch gegeneinander isolierte Verbindungsleiter aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Stator Aufnahmeelemente (30, 32, 34) ausgebildet sind, welche Steckkontakte (50, 64) aufnehmen, die mit den Spulenenden (18, 20) eine elektrische Klemmverbindung ausbilden und dass die Verbindungsleiter (24, 26, 28) Aufnahmemittel (58, 62) umfassen, die die Steckkontakte (50, 64) unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung aufnehmen und dabei die Verbindungsleiter (24, 26, 28) in deren Lage fixieren.

3. Stator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) Aufnahmemittel (36) für die Spulenenden (18, 20) aufweisen.

4. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) auf Teilkreisen angeordnet sind, die denen der Verbindungsleiter (24, 26, 28) im wesentlichen entsprechen.

5. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) als Schneidklemmen ausgebildet sind.

6. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (50, 64) zur Ausbildung einer Schneidklemmenverbindung mit den Spulenenden (18, 20) Schneidklemmen aufweisen.

7. Stator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidklemmen wiederverwendbar sind.

8. Stator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) und/oder die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) Arretierelemente (44) in Form von Rasthaken oder Federelemente umfassen.

9. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (50, 64) und/oder die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) Arretierelemente (44) in Form von Rasthaken oder Federelemente umfassen.

10. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Spulenende (18, 20) zugeordnete Anzahl von Aufnahmeelementen (30, 32, 34) der Anzahl der Verbindungsleiter (24, 26, 28) entspricht.

11. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Statorspulen Wickelkörper aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) an den Wickelkörpern (16) ausgebildet sind.

12. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Spulenende (18, 20) zugeordneten Aufnahmeelemente (30, 32, 34) am Stator (10) radial zueinander angeordnet sind.

13. Stator nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, 7, 8 oder 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmelemente (30, 32, 34) offene Kammern bilden und die elektrischen Verbindungsstellen der Spulenenden (18, 20) mit den Anschlüssen (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) im Inneren der Kammern angeordnet sind.

14. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6, 7 oder 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmelemente (30, 32, 34) offene Kammern bilden und die elektrischen Verbindungsstellen der Spulenenden (18, 20) mit Steckkontakten (50, 64) im Inneren der Kammern angeordnet sind.

15. Stator nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, 7, 8 oder 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (24, 26, 28) und der Stator (10) Bezugsmerkmale aufweisen, die die Lage der Verbindungsleiter (24, 26, 28) zu den Enden (18, 20) der Statorspulen (8) festlegen und wobei die Anschlüsse (25, 27, 29) an den Verbindungsleitern (24, 26, 28) und/oder die Aufnahmeelemente (30, 32, 34) am Stator (10) so ausgebildet sind, dass diese nach erfolgter Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator (10) paarweise korrespondieren.

16. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6, 7, 9 bis 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleiter (24, 26, 28) und der Stator (10) Bezugsmerkmale aufweisen, die die Lage der Verbindungsleiter (24, 26, 28) zu den Enden (18, 20) der Statorspulen (8) festlegen und wobei die Aufnahmemittel (58, 62) an den Verbindungsleitern (24, 26, 28) und/oder die Steckelemente (50, 64) am Stator (10) so ausgebildet sind, dass diese nach erfolgter gegenseitiger Lagezuordnung auschließlich an vorbestimmten Positionen am Stator (10) paarweise korrespondieren.

17. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6, 7, 9 bis 12, 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (50, 64) als Flach- oder als Federkontakt ausgebildet sind.

18. Stator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6, 7, 9 bis 12, 14, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakte (50, 64) und die Aufnahmemittel (58, 62) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) ein Spiel in Umfangsrichtung bezüglich der Anordnung am Stator (10) einschließen.

19. Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, 7, 8, 10 bis 13 oder 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Anordnen der Statorspulen (8) an dem Statorjoch (4),

- Ausrichten der Spulenenenden (18, 20) an den Aufnahmeelementen (30, 32, 34),

- Zuordnen der Lage der Verbindungsleiter (24, 26, 28) zum Stator (10)

- Einführen der Anschlüsse (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) in die Aufnahmeelemente (30, 32, 34), wobei die Spulenenden (18, 20) mit den Anschlüssen (25, 27, 29) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) elektrisch verklemmt werden.

20. Verfahren zur Herstellung einer Verschaltungsanordnung eines Stators nach einem der Ansprüche 2 bis 4, 6, 7, 9 bis 12, 14, 16 oder 17, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Ausrichten der Spulenenenden (18, 20) an den Aufnahmeelementen (30, 32, 34),

- Einführen der Steckkontakte (50, 64) in die Aufnahmeelemente (30, 32, 34), wobei die Steckkontakte (50, 64) mit den Spulenenden (18, 20) elektrisch verklemmt werden,

- Anordnen der Statorspulen (8) an dem Statorjoch (4),

- Zuordnen der Lage der Verbindungsleiter (24, 26, 28) zum Stator (10)

- Verbinden der Aufnahmemittel (58, 62) der Verbindungsleiter (24, 26, 28) mit den Steckkontakten (50, 64), wobei diese eine elektrische Verbindung mit den Verbindungsleitern (24, 26, 28) eingehen und dabei die Verbindungsleiter (24, 26, 28) in deren Lage fixieren.