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Die Erfindung betrifft eine Statoranordnung mit einer Kontaktschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Anbindung einer Statoreinheit an eine Kontakteinheit, die mindestens zwei Kontaktaufnahmen mit einem kreisrunden Aufnahmequerschnitt für jeweils einen statorseitigen Hülsenkörper mit einem Außenumfang umfasst, der relativ zu dem kreisrunden Aufnahmequerschnitt der zugeordneten Kontaktaufnahme ein Montagespiel aufweist, wobei die Kontaktaufnahmen auf einem Kontaktteilkreis angeordnet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Montieren einer derartigen Statoranordnung.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 225 342 A1 ist eine Statoranordnung einer elektrischen Maschine mit einem Gehäuse und mit einem Stator bekannt, der einen Statorgrundkörper und mindestens einen Wickelkopf aufweist, wobei der Statorgrundkörper und der Wickelkopf in einem wärmeleitenden Epoxidharz vergossen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung einer Statoranordnung mit einer Kontaktschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Anbindung einer Statoreinheit an eine Kontakteinheit, die mindestens zwei Kontaktaufnahmen mit einem kreisrunden Aufnahmequerschnitt für jeweils einen statorseitigen Hülsenkörper mit einem Außenumfang umfasst, der relativ zu dem kreisrunden Aufnahmequerschnitt der zugeordneten Kontaktaufnahme ein Montagespiel aufweist, wobei die Kontaktaufnahmen auf einem Kontaktteilkreis angeordnet sind, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Statoranordnung mit einer Kontaktschnittstelle zur Darstellung einer elektrischen Anbindung einer Statoreinheit an eine Kontakteinheit, die mindestens zwei Kontaktaufnahmen mit einem kreisrunden Aufnahmequerschnitt für jeweils einen statorseitigen Hülsenkörper mit einem Außenumfang umfasst, der relativ zu dem kreisrunden Aufnahmequerschnitt der zugeordneten Kontaktaufnahme ein Montagespiel aufweist, wobei die Kontaktaufnahmen auf einem Kontaktteilkreis angeordnet sind, dadurch gelöst, dass einer der statorseitigen Hülsenkörper an seinem Außenumfang eine Zentriergeometrie aufweist, mit deren Hilfe eine Statorachse der Statoreinheit bei der Montage innerhalb des Kontaktteilkreises der Kontakteinheit zentriert wird. Bei der Montage werden vorteilhaft werkzeuglos Steckverbindungen zwischen der Statoreinheit und einer Hochvoltelektronik hergestellt. Von einem Stator der Statoreinheit gehen zum Beispiel drei Statorleitungen aus, die an der Kontaktschnittstelle mit einer Hochvoltelektronik verbunden werden, die mit der Statoranordnung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist. Die Kontaktschnittstelle umfasst zum Beispiel mindestens eine weitere Verbindung, die vorteilhaft ebenfalls als Steckverbindung ausgeführt ist. Die weitere Verbindung dient zum Beispiel dazu, eine der Statoreinheit zugeordnete Sensoreinrichtung steuerungsmäßig an die Hochvoltelektronik anzubinden. Das Montagespiel kann fertigungsbedingt variieren. Durch die Zentriergeometrie wird die korrekte Montage der Statoranordnung erheblich vereinfacht. Auf ansonsten benötigte Ausrichtmerkmale an Einzelteilen der Statoranordnung kann verzichtet werden. Darüber hinaus können in Verbindung mit der Zentriergeometrie einfache Montageanlagen verwendet werden. Kontaktierungsfehler können vermieden werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie quer zu einer Radialen ausgerichtet ist, die sich von der Statorachse der Statoreinheit durch einen Mittelpunkt des kreisrunden Aufnahmequerschnitts der zugeordneten Kontaktaufnahme erstreckt. Durch die Zentriergeometrie an genau einem der statorseitigen Hülsenkörper werden vorteilhaft alle statorseitigen Hülsenkörper bei der Montage, das heißt beim Herstellen der Steckverbindungen, automatisch korrekt ausgerichtet. Auf komplizierte Montagevorrichtungen kann verzichtet werden. Dadurch können die Herstellkosten wirksam reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie erstens so bemessen ist, dass sie ihre Zentrierfunktion auch bei einem maximalen Montagespiel ausübt, und zweitens so verformbar ist, dass die Montage auch dann werkzeuglos möglich ist, wenn das Montagespiel gegen Null geht. Im Idealfall ist die Statoreinheit spielfrei an der Kontakteinheit ausgerichtet. Durch die beanspruchte Bemessung und Verformbarkeit der Zentriergeometrie wird über den gesamten zulässigen Toleranzbereich eine korrekte Ausrichtung der Statoreinheit relativ zu der Kontakteinheit sichergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie relativ zu dem kreisrunden Aufnahmequerschnitt der zugeordneten Kontaktaufnahme ein leichtes Übermaß aufweist und bei der Montage verformbar ist. Dadurch wird eine spielfreie Ausrichtung der Statoreinheit relativ zu der Kontakteinheit ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie zwei Zentrierrippen am Außenumfang des statorseitigen Hülsenkörpers umfasst. Der Hülsenkörper mit den Zentrierrippen ist zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Dadurch wird die Herstellung der Zentriergeometrie vereinfacht. Mit den Zentrierrippen kann der statorseitige Hülsenkörper auf einfache Art und Weise beim Herstellen der Steckverbindung in der zugehörigen Kontaktaufnahme korrekt ausgerichtet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierrippen am Außenumfang des statorseitigen Hülsenkörpers diametral quer zu einer Radialen angeordnet sind, die sich von der Statorachse der Statoreinheit durch einen Mittelpunkt des kreisrunden Aufnahmequerschnitts der zugeordneten Kontaktaufnahme erstreckt. So wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Statoreinheit bei der Montage korrekt zentriert wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie eine konische Einführungsgeometrie aufweist. Dadurch wird die Montage beim Herstellen der Steckverbindungen erheblich vereinfacht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die konische Einführgeometrie axial so bemessen ist, dass ein Zentriervorgang abgeschlossen ist, bevor Dichtringe bei der Montage der Statoreinheit verpresst werden. Der eigentliche Zentriervorgang beginnt am Ende der konischen Einführgeometrie, wenn die Zentriergeometrie ihre Zentrierfunktion ausübt. Beim Verpressen der Dichtringe wird dann nach dem Zentriervorgang eine deutlich größere Montagekraft aufgebracht als beim Zentriervorgang selbst.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriergeometrie am Außenumfang des statorseitigen Hülsenkörpers die Gestalt einer Ellipse mit einer Hauptachse aufweist, die quer zu einer Radialen angeordnet ist, die sich von der Statorachse der Statoreinheit durch einen Mittelpunkt des kreisrunden Aufnahmequerschnitts der zugeordneten Kontaktaufnahme erstreckt. Die so ausgerichtete ellipsenförmige Zentriergeometrie funktioniert genauso oder ähnlich wie die vorab beschriebenen Zentrierrippen.
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Bei einem Verfahren zum Montieren einer vorab beschriebenen Statoranordnung ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass der statorseitige Hülsenkörper mit der Zentriergeometrie in die zugeordnete Kontaktaufnahme eingeführt wird, um die Statoreinheit innerhalb des Kontaktteilkreises der Kontakteinheit zu zentrieren. So wird mit einfachen Mitteln eine automatisierte Montage in großen Stückzahlen ermöglicht.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Statoreinheit und/oder eine Kontakteinheit, insbesondere auch Einzelteile der Statoreinheit oder der Kontakteinheit, der vorab beschriebenen Statoranordnung, die separat handelbar sind.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Gasfördervorrichtung, insbesondere einen Luftverdichter, zur Bereitstellung eines Gases, insbesondere zum Bereitstellen von verdichteter Luft, in einem Brennstoffzellensystem, mit einer vorab beschriebenen Statoranordnung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Luftzuführvorrichtung mit einem Gehäuse, in welchem eine Steueranschlusseinrichtung über Stromschienen mit einer Stromanschlusseinrichtung verbunden ist;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Kontaktschnittstelle zwischen einer Statoreinheit und einer Kontakteinheit der in 1 dargestellten Luftzuführvorrichtung;
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit einem statorseitigen Hülsenkörper, der an seinem Außenumfang eine Zentriergeometrie aufweist;
- 4 eine vergrößerte Darstellung eines Verbindungsabschnitts der Statoreinheit mit vier statorseitigen Hülsenkörpern in der Draufsicht;
- 5 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines der Hülsenkörper aus 4 mit einer Zentriergeometrie;
- 6 eine schematische Darstellung eines Hülsenkörpers mit einer Zentriergeometrie innerhalb einer Modulhülse; und
- 7 einen Längsschnitt durch einen statorseitigen Hülsenkörper mit einer Zentriergeometrie am Ende eines Zentriervorgangs.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine Luftzuführvorrichtung 1 perspektivisch dargestellt. Die Luftzuführvorrichtung 1 wird auch als Luftverdichter bezeichnet und dient in einem mobilen Brennstoffzellensystem zur Bereitstellung von verdichteter Luft. Das mobile Brennstoffzellensystem wiederum dient in einem mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Kraftfahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Energie, die zum Beispiel über einen Elektromotor in Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug umgewandelt wird.
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Die Luftzuführvorrichtung 1 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Luftanschluss 3, über den Luft zugeführt wird, und mit einem Luftanschluss 4, über den verdichtete Luft abgeführt wird. Zum Verdichten der Luft umfasst die Luftzuführvorrichtung 1 zum Beispiel ein Verdichterrad, das innerhalb einer Verdichtervolute drehbar ist.
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Der Antrieb des Verdichterrads erfolgt durch einen Elektromotor, der in dem Gehäuse 2 angeordnet ist. Der Elektromotor umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Stators drehbar ist.
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Der Stator des Elektromotors umfasst eine Stromanschlusseinrichtung 5, über welche dem Stator Wechselstrom in drei Phasen zugeführt wird. Die Stromanschlusseinrichtung 5 ist über eine Verbindungseinrichtung 10, die drei längliche Kontaktteile 7, 8, 9 umfasst, mit einer Steueranschlusseinrichtung 6 verbunden.
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Die Steueranschlusseinrichtung 6 ist zum Beispiel mit einem Kabelabgang 40 kombiniert, der, wie durch drei angedeutete abgehende Kabel 39 angedeutet ist, an einen separat angeordneten und in 1 nicht dargestellten Inverter angeschlossen ist.
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Der Inverter kann aber auch in das Gehäuse 2 der Luftzuführvorrichtung 1 integriert sein. Dann entfällt der Kabelabgang 40. Die beanspruchte Statoranordnung betrifft eine Luftzuführvorrichtung mit integriertem Inverter.
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In den 2 bis 7 ist gezeigt, wie eine Statoranordnung 20 der vorzugsweise als Luftverdichter ausgeführten Gaszuführvorrichtung an einer Kontaktschnittstelle 30 mit einer Hochvoltelektronik 35 verbunden ist, die den in den Luftverdichter integrierten Inverter darstellt.
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In den 2 und 7 ist angedeutet, dass eine Statoreinheit 28 einen Stator 25 umfasst, von dem Statorleitungen 21, 22, 23 ausgehen. Die Statoreinheit 28 umfasst des Weiteren eine Kühlhülse 24, die dazu dient, den Stator 25 im Betrieb zu kühlen.
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Die Statorleitungen 21 bis 23, die von dem Stator 25 ausgehen, sind an der Kontaktschnittstelle 30 über Hochvoltverbindungen 31, 32, 33 mit der Hochvoltelektronik 35 verbunden. Eine weitere Verbindung 34 verbindet zum Beispiel eine dem Stator 25 zugeordnete Sensoreinrichtung mit der Hochvoltelektronik 35.
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Die Statoreinheit 28 umfasst des Weiteren eine Zentriereinrichtung 38. Die Zentriereinrichtung 38 umfasst einen Ringkörper 46, mit welchem die Zentriereinrichtung 38 an die Kühlhülse 24 montiert ist. Von dem Ringkörper 46 der Zentriereinrichtung 38 erstreckt sich ein Verbindungsabschnitt 45 in radialer Richtung nach außen.
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An dem Verbindungsabschnitt 45 sind vier Anschlusshülsen 41 bis 44 ausgebildet, die im Wesentlichen die Gestalt von geraden Kreiszylindermänteln haben. Die Anschlusshülsen 41 bis 44 erstrecken sich in axialer Richtung.
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Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse eines mit dem Stator 25 drehbaren Rotors. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu dieser Drehachse. Analog bedeutet der Begriff radial quer zu dieser Drehachse. Die Drehachse des Rotors fällt mit einer Statorachse 26 zusammen, die in 2 angedeutet ist.
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An der Kontaktschnittstelle 30 ist den Anschlusshülsen 41 bis 44 eine Kontakteinheit 60 zugeordnet. Die Kontakteinheit 60 umfasst für jede der Anschlusshülsen 41 bis 44 eine Modulhülse 66. Die Modulhülsen 66 haben die Gestalt von geraden Kreiszylindermänteln mit einem kreisrunden Aufnahmequerschnitt 61, 62. Die Anschlusshülsen 41 bis 44 umfassen jeweils einen Hülsenkörper 51 bis 54, der mit Spiel in einer zugeordneten Kontaktaufnahme 61, 62 aufgenommen ist, die im Inneren der Modulhülsen 66 ausgebildet sind.
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In 3 sieht man, dass der Hülsenkörper 52 der Anschlusshülse 42 mit einem Spiel, das auch als Montagespiel bezeichnet wird, in der Kontaktaufnahme 62 der Modulhülse der Kontakteinheit 60 aufgenommen ist. Am Außenumfang des Hülsenkörpers 52 ist eine Zentriergeometrie 70 ausgebildet, die dazu dient, die Statoreinheit 28 bei der Montage relativ zu der Kontakteinheit 60 zu zentrieren.
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Die Kontakteinheit 60 mit den insgesamt vier Modulhülsen 66 stellt ein inverterseitiges Verbindungsmodul 64 dar, das, zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben, in dem Gehäuse 2 des Luftverdichters befestigt ist.
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In 4 ist die Kontakteinheit nur durch einen Kontaktteilkreis 48 angedeutet. Zwei Zentrierrippen 71, 72 der Zentriergeometrie 70 sind quer zu einer Radialen 68 diametral auf dem Kontaktteilkreis 48 angeordnet. Die einander abgewandten Zentrierrippen 71, 72 der Zentriergeometrie 70 dienen dazu, das Montagespiel bei der Montage der Statoranordnung 20 auszugleichen, wenn die Statoreinheit 28 durch Steckverbindungen an der Kontaktschnittstelle 30 mit der Kontakteinheit 60 verbunden wird.
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In 5 sieht man, dass die Zentrierrippen 71, 72 an einem freien Ende des Hülsenkörpers 52 mit einer konischen Einführgeometrie 56 versehen sind. Durch die konische Einführgeometrie 56 wird das Herstellen der Steckverbindung bei der Montage vereinfacht.
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Der Zentriervorgang findet statt, wenn die Zentrierrippen 71, 72 innen an der Kontaktaufnahme 62 der Kontakteinheit 60 zur Anlage kommen. Während des Zentriervorgangs wird eine Montagekraft in axialer Richtung, das heißt in 5 von links, auf die Zentriereinrichtung 38 mit dem Verbindungsabschnitt 45 aufgebracht.
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In 7 ist angedeutet, dass der Zentriervorgang abgeschlossen ist, bevor statorseitige Dichtringe 77, 78, die zum Beispiel als O-Ringe ausgeführt sind, mit einer deutlich höheren Montagekraft als bei dem Zentriervorgang zusammengepresst werden.
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In 6 ist schematisch angedeutet, dass die Zentriergeometrie 70 an einem äußeren Umfang des Hülsenkörpers 52 auch die Gestalt einer Ellipse74 mit einer Hauptachse 75 aufweisen kann, die quer zu der Radialen 68 angeordnet ist. So kann in ähnlicher Art und Weise wie mit den Zentrierrippen der Zentriergeometrie 70 das Montagespiel bei dem Zentriervorgang ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016225342 A1 [0002]