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Die
Erfindung betrifft ein Gehäuseelement, insbesondere
einen Rotortopf, für
eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solches Gehäuseelement
ist ausgebildet mit einem ringförmigen
Rückschlusskörper, an
dessen einer Stirnseite ein radial verlaufendes Lagerschild angeordnet
ist, Magnetsegmenten, die innenseitig am Rückschlusskörper vorgesehen sind, und zumindest einem
Federelement, das zur Lagesicherung von Magnetsegmenten zwischen
zwei benachbarten Magnetsegmenten angeordnet ist, wobei das Federelement
eine dem Rückschlusskörper zugewandte
Basis, an der Basis angeordnete Seitenschenkel, die an benachbarten
Magnetsegmenten anliegen, und an einem Ende eine Radialzunge aufweist,
die von der Basis zum Rückschlusskörper vorsteht,
und wobei der Rückschlusskörper eine
Ausnehmung aufweist, in welche die Radialzunge passend eingreift.
Unter elektrischer Maschine ist ein Motor wie auch ein Generator
zu verstehen.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus ein Verfahren gemäß Anspruch
6 zur Herstellung eines Gehäuseelementes
mit einem ringförmigen
Rückschlusskörper, an
dessen Innenseite Magnetsegmente unter Verwendung von mindestens
einem Federelement befestigt werden.
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Ein
gattungsgemäßes Gehäuseelement
für eine
dynamoelektrische Maschine ist aus der
US 3,790,830 A bekannt. Das
bekannte Gehäuseelement
weist eine Klemme mit zwei biegbaren Elementen auf, welche jeweils
an einem Magnet angreifen und die Magnete gegeneinander verspannen.
Dabei sind an den biegbaren Elementen Vorsprünge angeordnet, welche die
Magnete axial halten. Ferner ist an der bekannten Klemme ein weiterer,
radialer Vorsprung vorgesehen, der mit dem Gehäuse zusammenwirkt und eine
Axial- und Umfangsbewegung der Magnete verhindern soll.
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Die
US 5,391,063 A offenbart
eine Magnetanordnung in einem Elektromotor, bei der zwei bogenförmige Magnete
durch ein Kunststoff-Positionierelement und ein gegenüberliegendes
Federelement gesichert werden. Das Positionierelement ist endseitig in
entsprechende Öffnungen
benachbarter Gehäuseteile
eingepasst, so dass eine Drehmomentverbindung gegeben ist.
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Aus
der
DE 70 21 061 U ist
eine Anordnung zur Befestigung von Permanentmagneten im Gehäuse einer
elektrischen Maschine bekannt, bei der zwischen zwei benachbarten
Permanentmagneten eine Befestigungsfeder vorgesehen ist. Zum Festlegen der
Befestigungsfeder im Gehäuse
ist ein Bolzen vorgesehen, der durch Löcher im Gehäuse und in der Befestigungsfeder
eingeschoben wird. An der Befestigungsfeder sind krallenförmig ausgebogene
Teile angeordnet, welche den Bolzen umgreifen. Derartige Befestigungsfedern
sind jedoch vergleichsweise aufwändig
in der Herstellung. Auch das Zusammenfügen der bekannten Maschinen
ist vergleichsweise aufwändig.
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Eine
weitere elektrische Maschine, bei der Spannbleche zur Halterung
von Magnetkörpern
an der Innenwand eines Eisenrückschlusskörpers durch Nieten
befestigt sind, ist aus der
DE
2 005 194 A bekannt. Elektrische Maschinen mit Federelementen für die Halterung
von Dauermagneten sind darüber hinaus
aus der
EP 0 154 335
A2 , der
DE
31 05 602 A1 und der
EP 0 144 004 A1 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Gehäuseelement für eine elektrische
Maschine sowie ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Gehäuseelementes
für eine
elektrische Maschine anzugeben, die bei hoher Zuverlässigkeit
eine möglichst
einfache, schnelle und wirtschaftliche Fertigung des Gehäuseelementes
ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Gehäuseelement
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen
eines Gehäuseelementes
mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Be vorzugte Ausführungsbeispiele sind
in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Beim
Gehäuseelement
ist vorgesehen, dass das Federelement an einem Ende eine Radialzunge aufweist,
die von der Basis zum Rückschlusskörper vorsteht,
und dass der Rückschlusskörper eine
Ausnehmung aufweist, in welche die Radialzunge passend eingreift.
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Zur
Sicherung des Federelementes ist endseitig an dessen Basis ein Vorsprung
vorzusehen, der auf der den Seitenschenkeln abgewandten Seite der
Basis vorsteht. Bei eingesetztem Federelement, wenn also die Basis
axial entlang der Innenseite des hülsenartigen Rückschlusskörpers verläuft, steht
der zungenförmig
ausgebildete Vorsprung radial zum Rückschlusskörper hin vor und ist hieran
in einer entsprechenden Ausnehmung aufgenommen. Hierdurch wird eine
formschlüssige,
gegebenenfalls auch kraftschlüssige
oder stoffschlüssige
Verbindung zwischen Federelement und Gehäuseelement hergestellt, die
das Federelement und somit die Magnetsegmente in ihrer Lage sichert.
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Die
endseitige Anordnung der Radialzunge am Federelement erlaubt es,
diese in besonders einfacher Weise in die korrespondierende Ausnehmung einzubringen,
beispielsweise durch einfaches axiales Eindrücken des Federelementes in
den Rückschlusskörper. Die
Erfindung erlaubt darüber
hinaus auch eine besonders einfache Demontage beschädigter Magnetsegmente.
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Das
Federelement ist als längliche
Klammer ausgebildet. Geeigneterweise hat die Basis einen rechteckigen
Umfang, wobei die Seitenschenkel an den Längsseiten der Basis verlaufen
und die Radialzunge an der Stirnseite angeordnet ist. Insbesondere kann
die Radialzunge durch Biegen oder Abkanten ausgebildet sein. Die
Seitenschenkel sind für
einen besonders guten Halt der Magnetsegmente und zur Versteifung
vorzugsweise zumindest einmal abgekantet, wodurch sich eine V-förmige Querschnittskontur
ergibt.
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Besonders
vorteilhaft ist es nach der Erfindung, dass die Ausnehmung für die Radialzunge
als eine Nut an einer Randkante des Rückschlusskörpers ausgebildet ist. Eine
randkantenseitige Anordnung der Ausnehmung erlaubt es, das Federelement in
besonders einfacher Weise in einer reinen Axialbewegung in den Rückschlusskörper einzudrücken, ohne
dass eine radiale Bewegungskomponente erforderlich ist. Geeigneterweise
ist die Nut an der dem Lagerschild abgewandten Stirnseite des Rückschlusskörpers vorgesehen.
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Es
ist nach der Erfindung vorgesehen, dass auf einem der Radialzunge
abgewandten Ende der Basis des Federelementes eine Axialzunge vorgesehen
ist, die in einer Längsrichtung
der Basis über
die Schenkelteile hinausragt, und dass am Gehäuseelement zumindest eine Aussparung
zur Aufnahme der Axialzunge vorgesehen ist. Durch die in der Aussparung
aufgenommene Axialzunge wird erfindungsgemäß eine weitere form-, kraft-
oder gegebenenfalls auch stoffschlüssige Verbindung zwischen Federelement
und Gehäuseelement
zur Verfügung
gestellt. Insgesamt wird so die Lage des Federelementes axial und
radial fixiert.
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Die
Fertigungskosten können
weiter dadurch reduziert werden, dass das Federelement als Stanzbiegeteil
einstückig
aus einem Blech gefertigt ist. Vorzugsweise ist dabei die Radialzunge
etwa rechtwinklig zur Basis des Federelementes abgekantet. Geeigneterweise
verjüngt
sich die Radialzunge zum Bereich der Abkantung hin. Diese schwalbenschwanzartige
Gestaltung erhöht
die Lagesicherheit. Vorteilhafterweise ist das Federelement aus
Federbandstahl in einer Dicke von 0,05 mm bis 2 mm gefertigt.
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Ferner
ist nach der Erfindung vorgesehen, dass an dem Lagerschild ein ringförmiger Steg
vorgesehen ist, der axial am Lagerschild vorsteht, wobei zwischen
dem Rückschlusskörper und
dem Steg die Aussparung zur Aufnahme der Axialzunge ausgebildet
ist. Der Steg kann bevorzugt einstückig mit dem Lagerschild ausgebildet
sein. Insbesondere in diesem Fall kann der Steg als Zentrierrand
bei der Verbindung des Rückschlusskörpers mit
dem Lagerschild dienen. Der ringförmige Steg kann aber grundsätzlich auch
ein separates Teil aus Metall oder Kunststoff sein. Insbesondere
kann zwischen dem ringförmigen
Steg und dem Rückschlusskörper ein ringförmiger Schlitz
ausgebildet sein, der die Aussparung für die Axialzunge bildet. Die
radiale Breite der Aussparung bildet mit der Dicke der Axialzunge
vorzugsweise eine leichte Presspassung, was weiter zur Lagesicherheit
beiträgt.
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Die
Fertigungskosten können
weiter dadurch reduziert werden, dass der ringförmige Rückschlusskörper und das Lagerschild als
getrennte Teile ausgeführt
sind, welche durch Verstemmen miteinander fest verbunden sind. Geeigneterweise
handelt es sich bei dem Rückschlusskörper um
ein Stanzbiegeteil. Dieses kann kostengünstig aus einem Blech gestanzt,
dann gerollt, gekröpft
und schließlich
zu einem hülsenförmigen Mantelelement
gefertigt werden.
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Das
Lagerschild, an dem geeigneterweise eine Nabe zur Aufnahme von Lagern
vorgesehen ist, kann auch als ein geformtes Blechteil oder etwa
als Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet sein.
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Die
Erfindung umfasst weiter einen elektrischen Außenläufermotor, insbesondere einen
elektrisch kommutierten (EC) Motor, mit einem Stator mit mehreren
Elektromagneten und einem Rotor mit mehreren Permanentmagneten,
wobei der Rotor ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement aufweist.
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Bei
der Erfindung kann ein Federelement zur Sicherung von Magnetsegmenten
in einem ringförmigen
Rückschlusskörper, mit
einer Basis, an der vorderseitig zwei Seitenschenkel zur Anlage
an benachbarte Magnetsegmente vorgesehen sind, zum Einsatz kommen.
Bei einem Federelement zum Einsatz bei der Erfindung ist unter anderem
vorgesehen, dass an einem Ende der Basis eine Radialzunge ausgebildet
ist, die von der Basis winkelig nach hinten vorsteht, und dass an
einem anderen Ende der Basis eine Axialzunge vorgesehen ist, die
in Verlängerung der
Basis über
die Seitenschenkel vorsteht. Das Federelement kann insbesondere
wie im Zusammenhang mit dem Gehäuseelement
beschrieben ausgeführt
sein.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist unter anderem vorgesehen, dass am Rückschlusselement mindestens
eine radial gerichtete Ausnehmung und mindestens eine axial gerichtete
Aussparung ausgebildet werden, und dass ein zuvor beschriebenes
Federelement verwendet wird, wobei die Radialzunge in die Ausnehmung
und die Axialzunge in die Aussparung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig eingepasst
werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
insbesondere zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuseelementes dienen.
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Die
Wirtschaftlichkeit des Verfahrens kann dadurch erhöht werden,
dass das mindestens eine Federelement in einem Pressenhub mit den
Magnetsegmenten axial in den ringförmigen Rückschlusskörper eingepresst wird. Es kann
aber auch vorgesehen sein, zunächst
zumindest ein Federelement am Gehäuseelement zu posi tionieren
und anschließend die
Magnetsegmente einzusetzen. Die beschriebene Gestaltung der Federelemente
erlaubt es, diese durch eine reine Axialbewegung in das Gehäuseelement
einzuführen.
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Die
Fertigungsgeschwindigkeit kann weiter dadurch erhöht werden,
dass in dem Pressenhub der ringförmige
Rückschlusskörper mit
dem Lagerschild verstemmt wird. In diesem Fall werden im gleichen Arbeitsgang
auf einer Presse die Federelemente und das Lagerschild im Rückschlussring
verstemmt.
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Die
Erfindung erlaubt eine besonders stabile und kostengünstige Positionierung
der Magnetsegmente in radialer und axialer Richtung. Die verschiedenen
Aspekte der Erfindung können
grundsätzlich frei
kombiniert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, die schematisch
in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Federelementes zur Verwendung nach
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf das Federelement der 1;
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3 eine
Frontansicht des Federelementes aus 1;
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4 eine
Seitenansicht des Federelementes aus 1;
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5 eine
Teilansicht eines erfindungsgemäßen Gehäuseelementes
mit einem erfindungsgemäßen Federelement
in Draufsicht;
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6 das
Gehäuseelement
der 5 im Bereich des Federelementes in einer gebrochenen Seitenansicht;
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7 eine
Längsschnittsansicht
des Gehäuseelementes
der
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5 durch
das Federelement; und
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8 eine
Detailansicht des erfindungsgemäßen Gehäuseelementes
der 5 im Bereich der Lagerschildnabe im Längsschnitt.
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Gleich
oder ähnlich
wirkende Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Federelementes 1 zur Verwendung nach der Erfindung
ist in den 1 bis 4 dargestellt.
Das Federelement 1 weist eine plattenförmige rechteckige Basis 20 auf, die
zur Anlage an einer Innenseite eines in den 1 bis 4 nicht
dargestellten Rückschlusskörpers vorgesehen
ist. An den beiden Längsseiten
der länglichen
Basis 20 ist jeweils ein als Federarm ausgebildeter Seitenschenkel 22, 22' vorgesehen.
Die Seitenschenkel 22, 22' sind für einen guten Kontakt mit anliegenden
Magnetsegmenten und zur Versteifung an einer parallel zur Basis
verlaufenden Biegelinie abgekantet. Hierdurch wird ein erster Schenkelbereich 25 gebildet,
in dem die beiden Seitenschenkel 22, 22' mit zunehmendem
Abstand von der Basis 20 aufeinander zulaufen, sowie ein
winkelig hierzu verlaufender zweiter Schenkelbereich 26,
in dem der Abstand zwischen den beiden Seitenschenkeln 22, 22' mit zunehmendem
Abstand von der Basis 20 wieder zunimmt.
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An
einem Ende des länglichen
Federelementes 1 schließt sich stirnseitig an die
Basis 20 eine Axialzunge 34 an. Diese Axialzunge 34 bildet
eine ebene Verlängerung
der Basis 20, die über
die beiden Seitenschenkel 22, 22' axial vorsteht. Die Axialzunge 34 weist
dabei einen etwa rechteckigen Umfang auf.
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An
seinem der Axialzunge 34 abgewandten Ende weist das Federelement 1 eine
Radialzunge 31 auf. Diese Radialzunge 31 steht
von der Basis 20 auf der den Seitenschenkeln 22, 22' abgewandten
Seite der Basis 20 nach hinten vor. Insbesondere verläuft die
Radialzunge 31 etwa senkrecht zur Basis 20. Die Radialzunge 31 weist
ebenfalls einen etwa rechteckigen Umfang auf.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Gehäuseelementes,
bei dem ein Federelement 1 wie in den 1 bis 4 beschrieben
zum Einsatz kommt, ist in den 5 bis 8 dargestellt. Wie
insbesondere in den 5 und 7 erkennbar ist,
weist das Gehäuseelement
einen hülsenartigen Rückschlusskörper 3 auf,
an dem stirnseitig ein Lagerschild 5 angeordnet ist. Während das
Lagerschild 5 als ein Alu-Gussteil ausgebildet ist, handelt
es sich bei dem Rückschlusskörper 3 um
ein Stanzbiegeteil. Der Rückschlusskörper 3 und
das Lagerschild 5 sind an der Stirnseite des Rückschlusskörpers 3 durch entsprechende
Verbindungskonturen kraft- und formschlüssig miteinander verstemmt.
Am radial verlaufenden Lagerschild 5 ist ein ringförmiger,
axial vorstehender Steg 14 angeordnet, der beim Zusammenfügen des
Rückschlusskörpers 3 mit
dem Lagerschild 5 als Zentrierrand dient.
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Wie
insbesondere in 5 erkennbar ist, sind auf der
Innenseite des hülsenförmigen Rückschlusskörpers 3 Magnetsegmente 10, 10', 10'' angeordnet. Diese Magnetsegmente 10, 10', 10'' sind durch die zuvor beschriebenen
Federelemente 1 in Umfangsrichtung verspannt und so lagefixiert.
Hierzu sind die Federelemente 1 so angeordnet, dass sich ihre
längliche
Basis 20 axial an der Innenwand des Rückschlusskörpers 3 erstreckt
und benachbarte Magnetelemente 10, 10', 10'' durch die Seitenschenkel 22, 22' der Federelemente 1 gegeneinander
gedrückt
werden. Zur Lagesicherung der Federelemente 1 sind an der
dem Lagerschild 5 abgewandten Randkante des Rückschlusskörpers 3 als
radial verlaufende Nuten ausgebildete Ausnehmungen 41 vorgesehen,
in welche die Radialzungen 31 der Federelemente 1 eingreifen
(vergleiche insbesondere 6, die den Rückschlusskörper 3 von außen im Bereich
eines Federelementes 1 zeigt). Zur Lagesicherung sind ferner
zwischen dem Steg 14 und dem Rückschlusskörper 3 Aussparungen 44 vorgesehen, in
welche die Axialzungen 34 eingreifen (siehe insbesondere 7).
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Zwischen
einigen der Magnetelemente 10, 10, 10'' sind anstelle der Federelemente
Kunststoff-Distanzhalter 80 vorgesehen.
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Wie 7 und
im Detail 8 zu entnehmen ist, ist mittig
am Lagerschild 5 eine Nabe 50 angeordnet. Im Inneren
dieser Nabe 50 sind axial beabstandet zwei Wälzlager 61, 62 vorgesehen,
die eine Lagerung um eine Statorachse 64 bilden.
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Das
als Gussteil ausgeführte
Lagerschild 5 weist im Inneren der Nabe 50 einen
ringartigen Vorsprung 52 auf. Dieser dient als Axialanschlag
für die beiden
Wälzlager 61, 62.
Auf seiner dem Vorsprung 52 axial abgewandten Seite ist
das erste Wälzlager 61 über eine
Sicherungsscheibe 67 an der Statorachse 64 gesichert.
Das zweite Wälzlager 62 ist
an seiner dem Vorsprung 52 axial abgewandten Seite durch
einen an der Statorachse 64 angeordneten Statorträger 69 gesichert.