DE102023201221A1

DE102023201221A1 - Elektrische Maschine mit einer über einen Passbolzen ausgerichteten Verschaltungseinrichtung sowie Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102023201221A1
Application number: DE102023201221.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Pöhnlein; Linus Eschenbeck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-02-14
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2024-08-14

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine 1 mit einem Stator 2, der einen Statorkörper 4 sowie eine mehrphasige Statorwicklung 5 mit mindestens einem Wicklungsende 9 je Phase aufweist, wobei der Stator 2 eine Statorachse 100 definiert; mit einem Gehäuse 20, wobei das Gehäuse 20 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 in einen Aufnahmebereich 24 zur drehfesten Aufnahme des Statorkörpers 4 sowie einen Anschlussbereich 25 zum elektrischen Anschluss der Statorwicklung 5 unterteilt ist, und mit einer Verschaltungseinrichtung 12, die eine Anschlusseinheit 16 zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsenden 9 mit einem Hochvoltanschluss sowie ein elektrisch isolierendes Isolationsgehäuse 14 aufweist, in welchem die Anschlusseinheit 16 zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die Wicklungsenden 9 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 in den Anschlussbereich 25 ragen und elektrisch leitend mit der Anschlusseinheit 16 kontaktiert sind, vorgeschlagen, wobei die elektrische Maschine mindestens einen Passbolzen 26 zur lagerichtigen Ausrichtung der Verschaltungseinrichtung 26 in dem Anschlussbereich 25 aufweist, wobei die Verschaltungseinrichtung 26 über den Passbolzen 26 an dem Gehäuse 20 festgelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine.
Es sind elektrische Maschinen bekannt, bei denen eine Statorwicklung eines Stators mittels einer Verschaltungsanordnung mit einem Hochvoltanschluss, z.B. einer Leistungselektronik kontaktiert werden, um eine Spannung an die einzelnen Phasen der Statorwicklung anzulegen. Aufgrund von Bauraumbeschränkungen ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Verschaltungsanordnung nicht innerhalb eines Gehäuses der elektrischen Maschine, sondern außerhalb des Gehäuses anzuordnen. Beispielsweise kann die Verschaltungsanordnung hierbei axial auf einer dem Stator abgewandten Seite des Gehäuses befestigt werden.
Die Druckschrift DE 10 2019 133 674 A1 offenbart eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator einen Statorkörper umfasst, der wenigstens eine jeweilige Wicklung wenigstens einer Phase trägt, wobei die Wicklung der jeweiligen Phase oder wenigstens eine der Wicklungen der jeweiligen Phase leitfähig mit einer jeweiligen Kontaktbrücke verbunden ist, die die jeweilige Wicklung mit einer zugeordneten Stromquelle und/oder -senke verbindet. Die jeweilige Wicklung und die mit dieser verbundenen Kontaktbrücke enden jeweils in einem Leiterabschnitt, der sich in Axialrichtung der elektrischen Maschine von dem Statorkörper weg erstreckt, wobei diese Leiterabschnitte leitend miteinander verbunden sind. Ein Befestigungsabschnitt der jeweiligen Kontaktbrücke ist dabei ortsfest bezüglich eines den Stator aufnehmenden Gehäuses angeordnet, indem er über ein Isolationselement oder direkt einerseits an dem Gehäuse selbst befestigt ist und/oder andererseits an der Stromquelle und/oder -senke befestigt ist, die wiederum an dem Gehäuse befestigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch einfache Montage der Verschaltungseinrichtung auszeichnet. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Maschine, welche insbesondere zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments eines Fahrzeuges, vorzugsweise ein Traktionsmoment, ausgebildet und/oder geeignet ist. Beispielsweise ist die elektrische Maschine als eine sogenannte Traktionsmaschine ausgebildet. Die elektrische Maschine kann in einen elektrischen Antriebsstrang, vorzugsweise eine elektrische Achse, integriert sein. Der elektrische Antriebsstrang kann ein rein elektrischer oder ein hybridisierter Antriebsstrang sein. Bevorzugt ist die elektrische Maschine als ein Innenläufer ausgebildet.
Die elektrische Maschine weist hierzu einen Stator sowie einen vorzugsweise radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor auf, welcher eine Drehachse definiert. Der Stator weist einen Statorkörper sowie eine mehrphasige Statorwicklung mit mindestens oder genau einem Wicklungsende je Phase auf. Insbesondere weist die Statorwicklung genau drei Phasen auf, wobei jede Phase mindestens zwei Teilstränge umfasst. Vorzugsweise ist jeder Teilstrang durch eine Mehrzahl von Steckspulen gebildet. Die Steckspulen können auf mindestens einer Seite des Stators mindestens eine, vorzugsweise genau zwei Kontaktstellen aufweisen, über welche die Steckspulen zur Bildung des jeweiligen Teilstrangs paarweise miteinander verbunden sind. Insbesondere ist der Statorkörper als ein ringförmiges Blechpaket ausgebildet. Im Speziellen weist der Statorkörper mehrere, sich jeweils entlang einer Längsachse erstreckende Nuten auf, wobei jede Steckspule mindestens eine, vorzugsweise genau zwei in Umfangsrichtung beabstandete Nuten durchläuft. Bevorzugt ist die Statorwicklung als eine Hairpin-Wicklung oder eine Wellenwicklung ausgebildet. Hierzu können die Steckspulen als Hairpins, I-Pins oder D-Pins ausgebildet sein. Insbesondere umfasst der Rotor im Wesentlichen eine Rotorwelle sowie einen drehfest mit der Rotorwelle verbundenen Rotorkörper. Der Rotor ist über die Rotorwelle relativ zu dem Stator drehbar gelagert, wobei der Rotorkörper radial innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist. Im Speziellen ist eine Statorachse des Stators durch die Drehachse des Rotors definiert.
Die elektrische Maschine weist ein Gehäuse auf, welches in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse in einen Aufnahmebereich zur drehfesten Aufnahme des Statorkörpers sowie einen Anschlussbereich zum elektrischen Anschluss der Statorwicklung unterteilt ist. Prinzipiell können der Aufnahmebereich und der Anschlussbereich räumlich voneinander getrennt sein. Bevorzugt jedoch sind der Aufnahmebereich und der Anschlussbereich räumlich miteinander verbunden.
Die elektrische Maschine weist eine Verschaltungseinrichtung auf, welche insbesondere zur Verschaltung der Teilstränge bzw. der Steckspulen ausgebildet und/oder geeignet ist. Hierzu weist die Verschaltungseinrichtung eine Anschlusseinheit auf, welche zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsenden mit einem Hochvoltanschluss ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei die Wicklungsenden in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse in den Anschlussbereich ragen und elektrisch leitend mit der Anschlusseinheit kontaktiert sind. Besonders bevorzugt ist die Verschaltungseinrichtung in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse an einer den Kontaktstellen abgewandten Stirnseite des Stators angeordnet. Die Verschaltungseinrichtung kann im Wesentlichen bogenförmig, vorzugsweise als Kreisringsegment, ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Hochvoltanschluss als ein AC-Hochvoltanschluss einer Leistungselektronik ausgebildet. Dabei ist unter „Hochvolt“ eine Wechselspannung von über 30 V zu verstehen. Vorzugsweise ist die Anschlusseinheit durch mehrere elektrisch voneinander isolierter Stromschienen gebildet.
Besonders bevorzugt weist die Anschlusseinheit mehrere Leiterabschnitte auf, welche sich in der axialen Richtung und/oder gleichgerichtet zu den Wicklungsenden erstrecken und in radialer Richtung in Bezug auf die Statorachse mit den jeweiligen Wicklungsenden elektrisch leitend kontaktiert sind. Insbesondere sind die Wicklungsenden in axialer Ansicht in Bezug auf die Statorachse radial innenliegend zu den Leiterabschnitten angeordnet. Anders formuliert, sind die Leiterabschnitte radial außenliegend an den Wicklungsenden abgestützt. Beispielsweise sind die Leitabschnitte als Wicklungsanschlussfahnen ausgebildet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wicklungsenden stoffschlüssig mit den jeweiligen Leiterabschnitten verbunden sind. Beispielsweise können die Wicklungsenden mit dem jeweiligen Leiterabschnitt verschweißt oder verlötet sein.
Weiterhin weist die Verschaltungseinrichtung ein elektrisch isolierendes Isolationsgehäuse auf, in welchem die Anschlusseinheit zumindest teilweise aufgenommen ist. Prinzipiell kann die Anschlusseinheit abschnittsweise in dem Isolationsgehäuse aufgenommen sein. Alternativ ist die Anschlusseinheit abschnittsweise in das Isolationsgehäuse eingebettet. Das Isolationsgehäuse kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel aus Kunststoff oder Keramik, hergestellt sein. Insbesondere ist die Anschlusseinheit derart in dem Isolationsgehäuse angeordnet, so dass zumindest die mit den Wicklungsenden bzw. dem Hochvoltanschluss elektrisch kontaktierenden Bereiche der Anschlusseinheit freigelegt sind.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die elektrische Maschine mindestens oder genau einen Passbolzen aufweist, welche zur lagerichtigen Ausrichtung der Verschaltungseinrichtung in dem Anschlussbereich ausgebildet und/oder geeignet ist. Hierzu ist die Verschaltungseinrichtung über den Passbolzen an dem Gehäuse festgelegt. Insbesondere ist unter einem Passbolzen im Wesentlichen ein zylindrischer Bolzen zu verstehen, welcher passgenau an dem Gehäuse sowie der Verschaltungseinrichtung montiert ist. Hierzu sind das Gehäuse und die Verschaltungseinrichtung jeweils zur Aufnahme des Passbolzens ausgebildet, wobei die Verschaltungseinrichtung bei einer Montage des Passbolzens relativ zu dem Gehäuse in die Einbaulage ausgerichtet wird und in dieser durch den Passbolzen fixiert wird. Im Speziellen ist die Verschaltungseinrichtung über den mindestens einen Passbolzen spielfrei an dem Gehäuse festgelegt. Bevorzugt weist die elektrische Maschine genau zwei der Passbolzen auf, wobei die beiden Passbolzen jeweils an einem Umfangsende der Verschaltungseinrichtung, vorzugsweise an dem Isolationsgehäuse, montiert sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Verschaltungseinrichtung im Rahmen eines Montageprozesses an der Statorwicklung vormontiert und zusammen mit dem Stator in das Gehäuse eingesetzt wird. Anschließend wird das Gehäuse verschlossen, wobei die Verschaltungseinrichtung an dem Gehäuse befestigt werden muss. Die Wicklungsenden unterliegen dabei großen Lagetoleranzen, sodass die Lage der Verschaltungseinrichtung gegenüber der späteren Einbaulauge abweichen kann, solange diese noch nicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Hierzu muss die Verschaltungseinrichtung, z.B. über ein Zentrierwerkzeug, lagerichtig zu dem Gehäuse ausgerichtet werden, sodass die Verschaltungseinrichtung mit dem Gehäuse verbunden werden kann.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch den mindestens einen Passbolzen die Verschaltungseinrichtung bei einer Montage des Passbolzens lagerichtig zu dem Gehäuse ausgerichtet und zugleich an dem Gehäuse festgelegt werden kann. Insbesondere ersetzt der Passbolzen mindestens eines bzw. alle Befestigungsmittel, über welche die Verschaltungseinrichtung üblicherweise an dem Gehäuse befestigt wird. Durch die Ausgestaltung der Befestigungsmittel als Passbolzen, können diese somit zur Ausrichtung bzw. Zentrierung der Verschaltungseinrichtung genutzt werden, sodass ein separater Ausricht- bzw. Zentrierprozess entfallen kann. Dadurch wird der Montageprozess deutlich vereinfacht. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass die Verschaltungseinrichtung über den Passbolzen steif an dem Gehäusedeckel angebunden werden kann, um die Schwingbelastung der Wicklungsenden an den Kontaktstellen im Betrieb zu reduzieren.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung über den mindestens einen Passbolzen in axialer, radialer und tangentialer Richtung in Bezug auf die Statorachse lagerichtig an dem Gehäuse ausgerichtet ist. Insbesondere erfolgt bei der Montage des Passbolzens eine Ausrichtung bzw. Zentrierung zwischen der Verschaltungseinrichtung und dem Gehäuse in axialer, radialer und tangentialer Richtung. Vorzugsweise ist der Passbolzen hierzu in einer lagerichtigen Einbaulage der Verschaltungseinrichtung spielfrei, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig, an dem Gehäuse und der Verschaltungseinrichtung montiert. Vorzugsweise ist der Passbolzen in genau einer einzigen Orientierung der Verschaltungseinrichtung gegenüber dem Gehäuse vollständig montierbar. Anders formuliert, ist der Passbolzen nur bei einer lagerichtigen Anordnung der Verschaltungseinrichtung gegenüber dem Gehäuse vollständig montierbar. Es wird somit eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welche eine blinde und besonders fehlerunanfällige Montage der Verschaltungseinrichtung erlaubt.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens oder genau eine Passbolzenöffnung aufweist, wobei der Passbolzen in der Passbolzenöffnung passgenau aufgenommen ist. Insbesondere ist der Passbolzen in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse durch die Passbolzenöffnung geführt und an der Verschaltungseinrichtung festgelegt bzw. verankert, um die Verschaltungseinrichtung relativ zu dem Gehäuse in der vordefinierten Einbaulage zu sichern. Prinzipiell kann der Passbolzen an der Verschaltungseinrichtung vormontiert sein, wobei der Passbolzen bei einer Montage bzw. einem Verschließen des Gehäuses durch die Passbolzenöffnung nach außen geführt bzw. führbar ist. Bevorzugt jedoch ist vorgesehen, dass der Passbolzen von außen über die Passbolzenöffnung an der Verschaltungseinrichtung montiert bzw. montierbar ist. Im Speziellen ist die mindestens eine Passbolzenöffnung als ein Durchbruch, vorzugsweise eine Durchgangsbohrung ausgebildet, in welcher der Passbolzen zumindest in radialer Richtung in Bezug auf eine Bolzenachse abschnittsweise passgenau aufgenommen ist. Es wird somit Gehäuse vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache Montage bzw. Befestigung des Passbolzens auszeichnet.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung mindestens oder genau eine Passbolzenaufnahme aufweist, wobei der Passbolzen in der Passbolzenaufnahme formschlüssig und/oder kraftschlüssig montiert ist. Insbesondere sind die Passbolzenöffnung und die Passbolzenaufnahme in der Einbaulage fluchtend und/oder deckungsgleich zueinander angeordnet. Anders formuliert, sind die Passbolzenöffnung und die Passbolzenaufnahme in der Einbaulage in Bezug auf die Bolzenachse koaxial zueinander angeordnet. Prinzipiell kann der Passbolzen in dem Aufnahmeabschnitt vormontiert sein, wobei der Passbolzen bei einer Montage bzw. einem Verschließen des Gehäuses durch die Passbolzenöffnung nach außen geführt bzw. führbar ist. Beispielsweise kann die Passbolzenaufnahme hierzu durch eine in das Isolationsgehäuse eingebrachte Bohrung ausgebildet sein, in welche der Passbolzen, z.B. mittels einer Presspassung, verliersicher montiert ist. Bevorzugt jedoch ist vorgesehen, dass der Passbolzen von außen über die Passbolzenöffnung in den Aufnahmeabschnitt montiert bzw. montierbar ist. Bevorzugt ist der Passbolzen hierzu lösbar in der Passbolzenaufnahme festgelegt bzw. festlegbar. Es wird somit eine Verschaltungseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache Montage bzw. Befestigung des Passbolzens auszeichnet.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Passbolzen mindestens oder genau einen Zentrierabschnitt zur Aufnahme in der Passbolzenöffnung und einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme in der Passbolzenaufnahme aufweist, wobei der Zentrierabschnitt einen größeren Außendurchmesser als der Aufnahmeabschnitt aufweist. Insbesondere ist der Zentrierabschnitt in radialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse formschlüssig, insbesondere passgenau bzw. spielfrei, in der Passbolzenöffnung aufgenommen. Insbesondere ist der Aufnahmeabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig, insbesondere verliersicher, in der Passbolzenaufnahme aufgenommen. Beispielsweise weisen der Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes und des Zentrierabschnittes eine Differenz von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 3 mm, im Speziellen mehr als 5 mm auf. Durch die unterschiedlichen Durchmesser können somit hohe Montage- und Bauteiltoleranzen in radialer Richtung und tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse zwischen der Verschaltungseinrichtung und dem Gehäuse ausgeglichen werden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Passbolzen über eine Schraubverbindung in die Passbolzenaufnahme montiert ist. Insbesondere weist der Passbolzen, insbesondere der Aufnahmeabschnitt, ein Außengewinde und die Passbolzenaufnahme ein Innengewinde auf, welche zur Herstellung der Schraubverbindung miteinander in Eingriff stehen bzw. bringbar sind. Vereinfacht ausgedrückt, ist der Passbolzen als ein Schraubbolzen ausgebildet, welcher in die Passbolzenaufnahme eingeschraubt und/oder einschraubbar ist. Bevorzugt ist die Verschaltungseinrichtung über die Schraubverbindung mit einer Anschraubkraft beaufschlagbar, über welche die Verschaltungseinrichtung in axialer Richtung an dem Gehäuse verspannt wird. Prinzipiell kann die Passbolzenaufnahme durch eine unmittelbar in dem Isolationsgehäuse eingebrachte Gewindebohrung gebildet sein. Alternativ ist die Passbolzenaufnahme durch ein separates in dem Isolationsgehäuse zumindest drehfest montiertes Schraubmittel gebildet. Beispielsweise ist das Schraubmittel hierzu zumindest in Umfangsrichtung in Bezug auf die Bolzenachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Isolationsgehäuse festgelegt. Alternativ kann das Schraubmittel jedoch auch in das Isolationsgehäuse eingebettet oder eingegossen sein. Das Schraubmittel kann als eine Gewindehülse, eine Schraubmutter oder dergleichen ausgebildet sein. Es wird somit eine Verschaltungseinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen einfachen kostengünstigen Aufbau sowie eine besonders einfache Montage auszeichnet. Zudem können axiale Toleranzen durch die Elastizität der Wicklungsenden bei einem Anschrauben der Verschaltungseinrichtung in einfacher Weise abgebaut werden.
In einer optionalen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung eine Positionierhilfe aufweist, welche zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden in dem Anschlussbereich ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient die Positionierhilfe dazu, die einzelnen Wicklungsenden bei einer Montage der Verschaltungseinrichtung einzufangen und anschließend in genau einer lagerichtigen Orientierung zu dem jeweiligen Leiterabschnitt auszurichten, sodass die Wicklungsenden in einer axialen Endposition der Verschaltungseinrichtung an dem jeweiligen Leiterabschnitt anliegen und/oder elektrisch kontaktiert sind. Besonders bevorzugt werden die Wicklungsenden über die Positionierhilfe zu dem jeweiligen Leiterabschnitt geradgeführt und/oder zwangsgeführt. Prinzipiell kann die Positionierhilfe formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Isolationsgehäuse festgelegt sein. Alternativ können die Positionierhilfe und das Isolationsgehäuse jedoch auch aus einem gemeinsamen Materialabschnitt, vorzugsweise einstückig, gefertigt sein. Dadurch ist keine separate Ausrichtung der Positionierhilfe erforderlich.
Bevorzugt jedoch ist vorgesehen, dass die Positionierhilfe über den mindestens einen Passbolzen lagerichtig an dem Isolationsgehäuse festgelegt ist. Hierzu ist die Positionierhilfe als eine separate Baueinheit ausgebildet, welche über den mindestens einen Passbolzen zusammen mit der Verschaltungseinrichtung an dem Gehäuse montiert ist bzw. wird. Hierzu ist der Passbolzen, vorzugsweise passgenau, über die Verschaltungseinrichtung, insbesondere das Isolationsgehäuse, geführt und an der Positionierhilfe festgelegt bzw. verankert, um die Verschaltungseinrichtung und die Positionierhilfe relativ zu dem Gehäuse in der vordefinierten Einbaulage zu sichern. Durch die Montage über den Passbolzen werden somit die Positionierhilfe und die Verschaltungseinrichtung in einfacher Weise relativ zueinander an dem Gehäuse in der lagerichtigen Einbaulage festgelegt.
In einer konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass die Positionierhilfe die Passbolzenaufnahme, wie bereits zuvor beschrieben, aufweist und dass das Isolationsgehäuse eine Passbolzendurchführung aufweist, wobei der Passbolzen in der Passbolzendurchführung passgenau aufgenommen und über die Passbolzendurchführung in die Passbolzenaufnahme, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig, montiert ist. Insbesondere ist der Passbolzen in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse durch die Passbolzenöffnung und die Passbolzendurchführung geführt und in dem Aufnahmeabschnitt festgelegt bzw. verankert, um die Verschaltungseinrichtung und die Positionierhilfe relativ zu dem Gehäuse in der vordefinierten Einbaulage zu sichern. Insbesondere ist das Isolationsgehäuse somit zwischen dem Gehäuse und der Positionierhilfe in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse bzw. die Bolzenachse angeordnet und/oder fixiert. Prinzipiell kann die Passbolzendurchführung als ein Durchbruch, vorzugsweise eine Durchgangsbohrung ausgebildet, in welcher der Passbolzen zumindest in radialer Richtung in Bezug auf eine Bolzenachse abschnittsweise passgenau aufgenommen ist. Bevorzugt ist die Passbolzendurchführung jedoch durch eine separate in dem Isolationsgehäuse montierte Führungshülse, z.B. eine Passbuchse, gebildet. Beispielsweise ist die Führungshülse zumindest in axialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig an dem Isolationsgehäuse festgelegt. Alternativ kann die Führungshülse jedoch auch in das Isolationsgehäuse eingebettet oder eingegossen sein. Insbesondere sind die Passbolzenöffnung, die Passbolzendurchführung und die Passbolzenaufnahme in der Einbaulage fluchtend und/oder deckungsgleich zueinander angeordnet. Anders formuliert, sind die Passbolzenöffnung, die Passbolzendurchführung und die Passbolzenaufnahme in der Einbaulage in Bezug auf die Bolzenachse koaxial zueinander angeordnet. Prinzipiell kann die Passbolzenaufnahme durch eine in die Positionierhilfe eingebrachte Bohrung ausgebildet sein, in welche der Passbolzen, z.B. mittels einer Presspassung, verliersicher montiert ist. Bevorzugt jedoch ist die Passbolzenaufnahme durch eine unmittelbar in der Positionierhilfe eingebrachte Gewindebohrung, wie zuvor beschrieben, oder durch ein separates in der Positionierhilfe zumindest drehfest montiertes Schraubmittel, wie zuvor beschrieben, gebildet. Es wird somit eine besonders einfache Montage bzw. Befestigung der Verschaltungseinrichtung und der Positionierhilfe über den mindestens einen Passbolzen vorgeschlagen.
In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass der Passbolzen einen weiteren Zentrierabschnitt aufweist, welche zur Aufnahme in der Passbolzendurchführung ausgebildet und/oder geeignet ist, wobei der weiteren Zentrierabschnitt einen größeren Außendurchmesser als der Aufnahmeabschnitt und einen kleineren Außendurchmesser als der Zentrierabschnitt aufweist. Insbesondere ist der weitere Zentrierabschnitt in radialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse formschlüssig, insbesondere passgenau bzw. spielfrei, in der Passbolzendurchführung aufgenommen. Vereinfach gesagt, weist der Passbolzen einen mindestens zweifach gestuften Durchmesser auf. Insbesondere ist eine Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes und des weiteren Zentrierabschnittes kleiner oder gleich einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser des weiteren Zentrierabschnittes und des Zentrierabschnittes. Beispielsweise weisen der Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes und des weiteren Zentrierabschnittes und/oder der Außendurchmesser des Zentrierabschnittes und des weiteren Zentrierabschnittes eine Differenz von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 3 mm, im Speziellen mehr als 5 mm auf.
Durch die unterschiedlichen Durchmesser können somit besonders hohe Montage- und Bauteiltoleranzen in radialer Richtung und tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse zwischen der Verschaltungseinrichtung, der Positionierhilfe und dem Gehäuse ausgeglichen werden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Zentrierabschnitt eine erste Einführschräge aufweist. Insbesondere schließt sich der Zentrierabschnitt über die Einführschräge je nach Ausgestaltung unmittelbar an den Aufnahmeabschnitt oder den weiteren Zentrierabschnitt an. Alternativ oder optional ergänzend weist der weitere Zentrierabschnitt eine zweite Einführschräge auf. Insbesondere schließt sich der weitere Zentrierabschnitt über die weitere Einführschräge unmittelbar an den Aufnahmeabschnitt an. Alternativ oder optional ergänzend weist der Aufnahmeabschnitt eine dritte Einführschräge auf. Prinzipiell kann der Aufnahmeabschnitt über die dritte Einführschräge, z.B. in Form einer Einführfase, abschließen. Alternativ schließt sich der Aufnahmeabschnitt über die dritte Einführschräge unmittelbar an einen weiteren Abschnitt an. Bei einer Montage des Passbolzens werden somit die Passbolzenaufnahme und ggf. die Passbolzendurchführung gegenüber der Passbolzenöffnung selbsttätig zueinander über die Einführschräge(n) zentriert. Hierzu gleitet der Passbolzen über die erste Einführschräge an der Passbolzenöffnung und/oder ggf. über die zweite Einführschräge an der Passbolzendurchführung und/oder ggf. über die dritte Einführschräge an der Passbolzenaufnahme ab. Besonders bevorzugt sind die erste, zweite bzw. dritte Einführschräge durch eine die Bolzenachse umlaufende Schrägfläche gebildet. Durch die Einführschräge(n) wird zum einen die Montage des Passbolzens erleichtert und zum anderen eine einfache Zentrierung des Passbolzens in der Passbolzenöffnung bzw. den Passbolzenöffnungen ermöglicht.
In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass der Passbolzen endseitig eine Zentrierspitze aufweist, wobei die Verschaltungseinrichtung bei einer Montage des Passbolzens über die Zentrierspitze relativ zu dem Gehäuse vorzentrierbar ist. Bei einer Montage des Passbolzens werden somit die Passbolzenaufnahme und ggf. die Passbolzendurchführung gegenüber der Passbolzenöffnung über die Zentrierspitze vorzentriert. Insbesondere kann die Zentrierspitze kegelförmige oder kegelstumpfförmige ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Zentrierspitze einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner oder gleich einem Außendurchmesser des Aufnahmeabschnittes ist. Optional schließt sich der Aufnahmeabschnitt über die dritte Einführschräge unmittelbar an die Zentrierspitze an. Durch die Zentrierspitze kann die Montage des Passbolzens weiter verbessert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Passbolzen in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse fluiddicht an dem Gehäuse abgestützt ist, um einen Innenraum des Gehäuses gegenüber einer Umgebung abzudichten. Vorzugsweise weist der Passbolzen einen Bolzenkopf auf, über welchen der Passbolzen in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse bzw. die Bolzenachse an einer Außenseite des Gehäuses abgestützt und/oder abstützbar ist. Prinzipiell kann der Bolzenkopf des Passbolzens und/oder das Gehäuse im Bereich der Passbolzenöffnung mit einem Dichtmittel, zum Beispiel eine Beschichtung, Gummierung oder dergleichen, versehen sein, welche eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Passbolzen und dem Gehäuse gewährleistet. Es wird somit eine Anbindung vorgeschlagen, welche sowohl einen Medieneintritt von außen in das Gehäuse, wie auch einen Medienaustritt von innen aus dem Gehäuse verhindert.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine ein separates Dichtungselement auf, wobei der Passbolzen über das Dichtungselement fluiddicht an dem Gehäuse abgestützt ist. Prinzipiell kann das Dichtungselement als eine Flachdichtung ausgebildet sein, über welche der Bolzenkopf des Passbolzens in axialer Richtung dichtend an dem Gehäuse, insbesondere die Passbolzenöffnung umlaufend, abgestützt ist. Alternativ kann das Dichtungselement als ein Dichtring, insbesondere ein O-Ring, ausgebildet sein, über welche der Zentrierabschnitt in radialer Richtung dichtend an dem Gehäuse, insbesondere in der Passbolzenöffnung, abgestützt ist. Besonders bevorzugt ist das Dichtungselement als ein sogenannter Usit-Ring ausgebildet. Insbesondere ist darunter eine metallische Flachdichtung zu verstehen, welche aus einem metallischen Tragring sowie eine am Innenumfang des Tragrings angeordnete, vorzugsweise anvulkanisierte, Dichtwulst gebildet ist. Im Speziellen ist das Dichtungselement an dem Passbolzen, vorzugsweise verliersicher oder selbsthaltend, vormontiert.
Dadurch wird eine besonders sichere Abdichtung zwischen dem Passbolzen und dem Gehäuse gewährleistet.
In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das Gehäuse einen Gehäusegrundkörper und mindestens ein Lagerschild aufweist, welche gemeinsam den Innenraum des Gehäuses begrenzen, wobei die Verschaltungseinrichtung über mindestens einen, vorzugsweise genau zwei Passbolzen an einer Innenseite des Lagerschildes festgelegt ist. Insbesondere sind der Gehäusegrundkörper und das mindestens eine Lagerschild in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse miteinander verbunden. Der Gehäusegrundkörper kann dabei ein- oder beidseitig geöffnet sein, wobei das Lagerschild eine Seite des Gehäusegrundkörpers verschließt. Besonders bevorzugt ist die Rotorwelle durch den Innenraum des Gehäuses geführt und endseitig an einer Seite an dem Lagerschild drehbar gelagert. An der anderen Seite kann die Rotorwelle an dem Gehäusegrundkörper oder einem weiteren Lagerschild drehbar gelagert sein. Bevorzugt ist der Statorkörper innerhalb des Gehäusegrundkörpers in dem Aufnahmebereich angeordnet und drehfest mit dem Gehäusegrundkörper verbunden und die Verschaltungseinrichtung innerhalb des Lagerschildes in dem Anschlussbereich angeordnet und fest mit dem Lagerschild verbunden. Bevorzugt ist der Anschlussbereich innerhalb des Lagerschildes angeordnet. Im Speziellen weist das Lagerschild an der Innenseite mindestens oder genau zwei in Umfangsrichtung in Bezug auf die Drehachse voneinander beabstandete Anlagebereiche auf, welche zur axialen Anlage der Verschaltungseinrichtung, insbesondere des Isolationsgehäuses, ausgebildet und/oder geeignet sind. Dabei ist jeweils eine der Passbolzenöffnungen in dem Anlagebereich angeordnet. Es wird somit eine elektrische Maschine vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache Montage sowie eine sichere Befestigung der Verschaltungseinrichtung an dem Lagerschild auszeichnet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde, bei dem:

- der Stator in das Gehäuse, insbesondere den Gehäusegrundkörper, montiert wird;
- die Verschaltungseinrichtung an den Wicklungsenden vormontiert wird;
- das Gehäuse verschlossen wird;
- die Verschaltungseinrichtung über den mindestens einen Passbolzen lagerichtig in dem Anschlussbereich ausgerichtet wird und an dem Gehäuse festgelegt wird.

Insbesondere wird die Verschaltungseinrichtung bei der Vormontage innerhalb eines radialen Erstreckungsbereichs des Stators angeordnet und anschließend mit den Wicklungsenden unlösbar, vorzugsweise stoffschlüssig, verbunden. Alternativ kann die Verschaltungseinrichtung bereits vor der Montage des Stators in das Gehäuse an den Wicklungsenden vormontiert werden, wobei der Stator mit der vormontierten Verschaltungseinrichtung in den Gehäusegrundkörper montiert wird.
Insbesondere wird das Gehäuse im Rahmen einer Rotormontage verschlossen. Der Rotor und das Lagerschild können hierzu prinzipiell in zwei aufeinanderfolgenden Montageschritten montiert werden. Hierzu wird der Rotor koaxial zum Stator in den Gehäusegrundkörper eingesetzt und anschließend das Lagerschild montiert. Alternativ können der Rotor und das Lagerschild jedoch auch als eine gemeinsame Baueinheit in einem Montageschritt montiert werden. Hierzu wird der Rotor an dem Lagerschild vormontiert und anschließend samt Lagerschild koaxial zum Stator in den Gehäusegrundkörper eingesetzt.
Insbesondere wird die Verschaltungseinrichtung während der Montage des Passbolzens lagerichtig in die Einbaulage ausgerichtet. Vorzugsweise wird die Verschaltungseinrichtung hierzu durch das Montieren des Passbolzens relativ zu dem Lagerschild in radialer, tangentialer und axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse in die Einbaulage ausgerichtet. Bevorzugt wird die Verschaltungseinrichtung über den mindestens einen Zentrierabschnitt in radialer und tangentialer Richtung und über den Aufnahmeabschnitt in axialer Richtung ausgerichtet. Bevorzugt wird der Passbolzen hierzu von außen über die Passbolzenöffnung und ggf. die Passbolzendurchführung geführt und in der jeweils zugehörigen Passbolzenaufnahme montiert, insbesondere eingeschraubt. Bevorzugt ist die Einbaulage erreicht, wenn die Verschaltungseinrichtung, insbesondere das Isolationsgehäuse, an den Anlagebereichen des Lagerschildes anliegt bzw. abgestützt ist. Im Speziellen können die als Passbolzen hierzu mit einem vordefinierten Anzugsmoment angezogen werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Detaildarstellung einer elektrischen Maschine in einem Vormontagezustand als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Schnittdarstellung der elektrischen Maschine in einem Endmontagezustand;
3 eine Detaildarstellung eines Passbolzens der elektrischen Maschine in einem montierten Zustand;
4 eine Detaildarstellung des Passbolzens während eines Montageprozesses.

1 zeigt eine elektrische Maschine 1 in einem Vormontagezustand, welche zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments, insbesondere eines Traktionsmoments für eine elektrische Achse eines Fahrzeuges dient. Die elektrische Maschine 1 ist als ein Innenläufer ausgebildet und weist hierzu einen Stator 2 sowie einen radial innerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor 3 auf.
Der Stator 2 ist im Wesentlichen aus einem Statorkörper 4 sowie einer mehrphasigen Statorwicklung 5 gebildet, wobei der Statorkörper 4 die Statorwicklung 5 trägt. Der Statorkörper 4 weist hierzu mehrere in Umfangsrichtung verteilte und in axialer Richtung Bezug auf die Statorachse 100 verlaufende Nuten auf. Die Statorwicklung 5 ist durch mehrere Steckspulen 6, zum Beispiel in der Form von Hairpins oder I-Pins, gebildet, welche in einem bestimmten Muster untereinander zu mehreren, vorzugsweise drei, Phasenwicklungen 7 verschaltet sind. Die Steckspulen 6 sind dabei in den Nuten angeordnet, wobei pro Nut mehrere der Steckspulen 6 angeordnet sind.
Die Phasenwicklungen 7 umfassen jeweils zwei Teilstränge 8, welche jeweils durch eine Mehrzahl von Steckspulen 6 gebildet sind. Die Teilstränge 8 weisen je Phasenwicklung 7 jeweils ein Wicklungsende 9 auf, welche sich in axialer Richtung in Bezug auf eine Statorachse 100 parallel und/oder gleichgerichtet zueinander an einem Innendurchmesser der Statorwicklung 5 erstrecken.
Der Rotor 3 ist im Wesentlichen aus einem Rotorkörper 10 und einer Rotorwelle 11 gebildet, wobei der Rotorkörper 10 drehfest mit der Rotorwelle 11 verbunden ist. Beispielsweise ist der Rotor 3 als ein permanenterregter Rotor ausgebildet, wobei der Rotorkörper 10 hierzu mehrere polerzeugende Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, umfasst.
Die elektrische Maschine 1 weist weiterhin eine Verschaltungseinrichtung 12 zur Verschaltung der Phasenwicklungen 7 auf, welche im Wesentlichen aus einer Anschlusseinheit 13, einem Isolationsgehäuse 14 und einer Positionierhilfe 15 gebildet ist. Das Isolationsgehäuse 14 und die Positionierhilfe 15 sind dabei jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel Kunststoff, gefertigt.
Die Wicklungsenden 9 sind jeweils elektrisch leitend mit der Anschlusseinheit 13 verbunden, wobei die Anschlusseinheit 13 hierzu je Phasenwicklung 7 jeweils einen Leiterbschnitt 16 aufweist. Die Verschaltungseinrichtung 12 ist in radialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 außenliegend zu den Wicklungsenden 9 angeordnet und über die Leiterabschnitte 16 radial an den jeweiligen Wicklungsenden 9 abgestützt. Beispielsweise können die Wicklungsenden 9 stoffschlüssig, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung, unlösbar mit dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitte 16 verbunden sein. Die Leiterabschnitte 16 sind jeweils als Wicklungsanschlussfahnen ausgebildet, welche sich in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 bzw. gleichgerichtet zu den jeweiligen Wicklungsenden 9 erstrecken.
Weiterhin weist die Anschlusseinheit 13 je Phase jeweils einen Kontaktabschnitt 17 zur Anbindung an einen Hochvoltanschluss auf. Beispielsweise dienen die Kontaktabschnitte 17 zum elektrischen Anschluss einer Leistungselektronik. Die Kontaktabschnitte 17 sind jeweils als eine Außenanschlussfahne ausgebildet, welche sich in einer radialen Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 bzw. in einer Radialebene der Statorachse 100 erstrecken.
Die Anschlusseinheit 13 ist teilweise in dem Isolationsgehäuse 14 aufgenommen, wobei die Leiterabschnitte 16 sowie die Kontaktabschnitte 17 zugänglich bzw. freigelegt sind. Beispielsweise ist jeweils ein Kontaktabschnitt 17 mit jeweils einem der Leiterabschnitte 16 über jeweils eine Stromschiene elektrisch leitend verbunden. Die Stromschienen können dabei voneinander elektrisch isoliert in dem Isolationsgehäuse 14 aufgenommen bzw. eingebettet sein.
Die Positionierhilfe 15 dient zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden 9 an dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt 16. Hierzu sind Wicklungsenden 9 über die Positionierhilfe 15 zu dem jeweiligen Leiterabschnitt 16 lagerichtig geführt. Dabei sind die Wicklungsenden 9 in radialer Richtung zwischen dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt 16 und der Positionierhilfe 15 abgestützt bzw. eingespannt. Hierzu weist die Positionierhilfe 15 je Leiterabschnitt 16 jeweils einen Fixierungsabschnitt 18 sowie einen Einführungsabschnitt 19 auf, wobei die Wicklungsenden 9 der jeweiligen Phasenwicklung 7 über den Einführungsabschnitt 19 in den jeweiligen Fixierungsabschnitt 18 lagerichtig geführt sind. Die Fixierungsabschnitte 18 dienen jeweils zur Fixierung der Wicklungsenden 9 in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse 100. Hierzu sind die Fixierungsabschnitte 18 jeweils durch einen Führungskanal gebildet, durch welchen die Wicklungsenden 9 der jeweils zwei Teilstränge 8 in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 geradgeführt sind. Die Wicklungsenden 9 sind dabei abschnittsweise innerhalb des Fixierungsabschnittes 18 in radialer Richtung sowie in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse 100 formschlüssig abgestützt.
Die Einführungsabschnitte 19 dienen jeweils als Einführhilfe der Wicklungsenden 9 in den jeweils zugehörigen Fixierungsabschnitt 18 bei einer Montage der Positionierhilfe 15. Die Wicklungsenden 9 können über die Einführungsabschnitte 19 eine Lageänderung erfahren und somit genau auf die Anschlussstellen der Verschaltungseinrichtung 10 ausgerichtet werden. Die Einführungsabschnitte 19 weisen hierzu einen in Richtung des Fixierungsabschnittes 18 konvergierenden Querschnittsverlauf auf. Durch die dadurch erzeugte Trichterform können die Wicklungsenden 9 bei einer Montage der Positionierhilfe 15 in einfacher Weise eingefangen und lagerichtig zu dem jeweiligen Leiterabschnitt 16 ausgerichtet werden.
Weiterhin weist die elektrische Maschine 1 ein Gehäuse 20 auf, wobei der Stator 2 und der Rotor 3 koaxial in Bezug auf eine Statorachse 100, wie in 2 gezeigt, in dem Gehäuse 20 angeordnet sind. Die Statorachse 100 ist dabei durch eine Rotationsachse des Rotors 3 definiert. Das Gehäuse 20 weist einen Gehäusegrundkörper 21 und ein Lagerschild 22, wie in 2 dargestellt, auf, welche in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 miteinander verbunden sind.
2 zeigt die elektrische Maschine 1 in einem Endmontagezustand. Der Gehäusegrundkörper 21 und das Lagerschild 22 begrenzen dabei einen Innenraum 23 des Gehäuses 20, welcher in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 100 in einen Aufnahmebereich 24 und einen Anschlussbereich 25 unterteilt ist. Der Aufnahmebereich 24 ist dabei größtenteils oder ausschließlich durch den Gehäusegrundkörper 21 und der Anschlussbereich 25 größtenteils oder ausschließlich durch das Lagerschild 22 begrenzt bzw. definiert.
Der Aufnahmebereich 24 dient zur Aufnahme des Stators 2 und des Rotors 3, wobei der Stator 2 bzw. der Statorkörper 4 innerhalb des Aufnahmebereichs 24 drehfest mit dem Gehäusegrundkörper 21 verbunden ist. Die Rotorwelle 11 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 durch den Innenraum 23 geführt, wobei die Rotorwelle 11 einerseits an dem Gehäusegrundkörper 21 und andererseits an dem Lagerschild 22 drehbar gelagert ist.
Der Anschlussbereich 25 dient zum elektrischen Anschluss der Statorwicklung 5, wobei sich die Wicklungsenden 9 hierzu in axialer Richtung in den Anschlussbereich 25 erstrecken und elektrisch leitend mit den jeweiligen Leiterabschnitten 16 der Verschaltungseinrichtung 12 kontaktiert sind. Die Verschaltungseinrichtung 12 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 beabstandet zu dem Stator 2 bzw. der Statorwicklung 5 in dem Anschlussbereich 25 angeordnet und erstreckt sich innerhalb eines radialen Erstreckungsbereichs des Stators 5.
Bei einer Montage der elektrischen Maschine 1 wird zuerst die Verschaltungseinrichtung 12 an dem Stator 2 bzw. den Wicklungsenden 9 vormontiert, wobei der mit der Verschaltungseinrichtung 12 vormontierte Stator 2 anschließend in den Gehäusegrundkörper 21 eingesetzt wird. Anschließend werden der Rotor 3 und das Lagerschild 22 montiert. Im nächsten Montageschritt muss die Verschaltungseinrichtung 12 am Lagerdeckel 22 befestigt werden. Zu beachten sind dabei die sehr großen Lagetoleranzen der Verschaltungseinrichtung 12, solange diese noch nicht mit dem Lagerdeckel 22 verbunden ist.
Die elektrische Maschine 1 weist hierzu mindestens einen, vorzugsweise zwei Passbolzen 26 auf, über welche die Verschaltungseinrichtung 12 in axialer, radialer und tangentialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 relativ zu dem Lagerschild 22 in die Einbaulage zentriert und festgelegt ist. Hierzu weist das Lagerschild 22 je Passbolzen 26 eine Passbolzenöffnung 27, das Isolationsgehäuse 14 jeweils eine Passbolzendurchführung 28 und die Positionierhilfe 15 jeweils eine Passbolzenaufnahme 29 auf, wobei der Passbolzen 26 von außen über die Passbolzenöffnung 27 und die Passbolzendurchführung 28 in die Passbolzenaufnahme 29 montiert ist. Der Passbolzen 26 ist dabei passgenau in der Passbolzenöffnung 27 und der Passbolzendurchführung 28 aufgenommen, sodass das Isolationsgehäuse 14 und die Positionierhilfe 15 in radialer Richtung und in tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 relativ zu dem Lagerschild 22 in einer vordefinierten Einbaulage festgelegt sind. Weiterhin ist der Passbolzen 26 formschlüssig und kraftschlüssig, insbesondere über eine Schraubverbindung, in der Passbolzenaufnahme 29 montiert, sodass das Isolationsgehäuse 14 und die Positionierhilfe 15 in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 an dem Lagerschild 22 in der Einbaulage festgelegt sind.
3 zeigt in einer Detaildarstellung den Passbolzen 26 im montierten Zustand. Der Passbolzen 26 weist einen Zentrierabschnitt 30, einen weiteren Zentrierabschnitt 31 sowie einen Aufnahmeabschnitt 32 auf.
Der Zentrierabschnitt 30 dient zur Zentrierung des Passbolzens 26 in der Passbolzenöffnung 27, wobei der Zentrierabschnitt 30 hierzu in radialer Richtung in Bezug auf eine Bolzenachse 100 formschlüssig, vorzugsweise spielfrei, in der Passbolzenöffnung 27 aufgenommen ist. Der Zentrierabschnitt 30 ist dabei im Wesentlichen als ein erster Zylinderabschnitt ausgebildet, welcher sich über eine erste Einführschräge 33 an den weiteren Zentrierabschnitt 31 anschließt. Beispielsweise ist die Passbolzenöffnung 27 durch eine in das Lagerschild 22 eingebrachte Durchgangsbohrung gebildet.
Der weitere Zentrierabschnitt 31 dient zur Zentrierung des Passbolzens 26 in der Passbolzendurchführung 28, wobei der weitere Zentrierabschnitt 31 hierzu in radialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse 100 formschlüssig, vorzugsweise spielfrei, in der Passbolzendurchführung 29 aufgenommen ist. Der weitere Zentrierabschnitt 31 ist dabei im Wesentlichen als ein zweiter Zylinderabschnitt ausgebildet, welcher einen kleineren Außendurchmesser als der erste Zylinderabschnitt aufweist und sich über eine zweite Einführschräge 34 an den Aufnahmeabschnitt 32 anschließt. Beispielsweise ist die Passbolzendurchführung 28 durch eine in dem Isolationsgehäuse 12 montierte Führungsbuchse gebildet.
Der Aufnahmeabschnitt 32 dient zur Aufnahme in der Passbolzenaufnahme 29, wobei der Aufnahmeabschnitt 32 hierzu ein Außengewinde 36 und die Passbolzenaufnahme 29 ein Innengewinde 37 aufweist. Der Passbolzen 26 ist somit über den Aufnahmeabschnitt 32 in die Passbolzenaufnahme 29 eingeschraubt bzw. einschraubbar. Beispielsweise ist die Passbolzenaufnahme 29 durch eine in der Positionierhilfe 15 montierte Gewindebuchse gebildet. Durch Einschrauben des Passbolzens 26 in die Passbolzenaufnahme 29 wird das Isolationsgehäuse 14 in axialer Richtung bezüglich der Bolzenachse 101 zwischen der Positionierhilfe 15 und dem Lagerdeckel 22 geklemmt. Der Aufnahmeabschnitt 32 weist einen kleineren Außendurchmesser als der weitere Zentrierabschnitt 31 auf.
Weiterhin weist der Passbolzen 26 endseitig eine Zentrierspitze 38 auf, welche zur Vorzentrierung des Passbolzen 26 bei einer Montage dient. Die Zentrierspitze 38 ist dabei kegelstumpfförmig ausgebildet und weist einen kleineren Außendurchmesser als der Aufnahmeabschnitt 32 auf, wobei sich der Aufnahmeabschnitt 32 über eine dritte Einführschräge 35 an die Zentrierspitze 38 anschließt.
An einem der Zentrierspitze 37 gegenüberliegenden Ende weist der Passbolzen 26 einen Bolzenkopf 39 auf, über welchen der Passbolzen 26 in axialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse 101 an einer Außenseite des Lagerschildes 22 abgestützt ist. Der Bolzenkopf 39 weist dabei eine Werkzeugaufnahme, z.B. ein Innensechskant, auf.
Zudem ist zwischen dem Bolzenkopf 39 und dem Lagerschild 22 ein Dichtungselement 40 angeordnet, über welches der Passbolzen 26 gegenüber dem Lagerschild 22 fluiddicht abgedichtet ist. Beispielsweise ist das Dichtungselement 40 als ein Usit-Ring ausgebildet, welcher koaxial in Bezug auf die Bolzenachse 101 an dem Passbolzen 26 montiert ist bzw. aufgeschoben ist. Dabei liegt der Passbolzen 26 über das Dichtungselement 40 in axialer und/oder radialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse 101 an dem Lagerschild 22 an.
4 zeigt den Passbolzen 26 mit dem vormontierten Dichtungselement 40 während eines Montageprozess. Hierzu wird der Passbolzen 26 in axialer Richtung in Bezug auf die Bolzenachse 101 von außen über die Passbolzenöffnung 27 und die Passbolzendurchführung 28 in die Passbolzenaufnahme 29 montiert, wobei eine radiale und tangentiale Ausrichtung zwischen Passbolzenaufnahme 29 und Passbolzendurchführung 28 sowie der beiden Bauteile zur Passbolzenöffnung 27 erfolgt. Dabei erfolgt die Zentrierung mit zunehmender Bewegung bzw. beim Einschrauben des Passbolzens 26 in axialer Richtung über die Einführschrägen 33, 34, 35. Dadurch wird das Isolationsgehäuse 14 axial zwischen der Positionierhilfe 15 und dem Lagerschild 22 geklemmt und über den Passbolzen 26 zusätzlich radial und tangential ausgerichtet. In der lagerichtigen Einbaulage sind die Passbolzenöffnung 27, die Passbolzendurchführung 28 sowie die Passbolzenaufnahme 29 in Bezug auf die Bolzenachse 101 koaxial und/oder deckungsgleich bzw. fluchtend zueinander angeordnet.
Durch die am Passbolzen angebrachte Zentrierspitze 38 und den gestuften Durchmessern von Aufnahmeabschnitt 32 (klein) über den weiteren Zentrierabschnitt 31 (mittel) zum Zentrierabschnitt 30 (groß), können somit sehr hohe Montage- und Bauteiltoleranzen in radialer und tangentialer Richtung der anzubindenden Bauteile ausgeglichen werden. Zudem werden axiale Toleranzen beim Auflegen des Lagerschildes 22 bzw. beim Einschrauben des Passbolzens 26 durch die Elastizität der Wicklungsenden 9 ausgeglichen. Es wird somit eine Befestigung vorgeschlagen, welche eine steife Anbindung sowie zugleich eine lagerichtige Ausrichtung der Verschaltungseinrichtung 12 am Gehäuse 20 ermöglicht. Zudem wird eine fehlerunanfällige Befestigung vorgeschlagen, welche zugleich einen Medieneintritt von außen sowie auch einen Medienaustritt, insbesondere einen Ölaustritt, von innen verhindert.
Bezugszeichen

1: elektrische Maschine
2: Stator
3: Rotor
4: Statorkörper
5: Statorwicklung
6: Steckspulen
7: Phasenwicklungen
8: Teilstränge
9: Wicklungsenden
10: Rotorkörper
11: Rotorwelle
12: Verschaltungseinrichtung
13: Anschlusseinheit
14: Isolationsgehäuse
15: Positionierhilfe
16: Leiterabschnitte
17: Kontaktabschnitt
18: Fixierungsabschnitte
19: Einführungsabschnitte
20: Gehäuse
21: Gehäusegrundkörper
22: Lagerschild
23: Innenraum
24: Aufnahmebereich
25: Anschlussbereich
26: Passbolzen
27: Passbolzenöffnung
28: Passbolzendurchführung
29: Passbolzenaufnahme
30: Zentrierabschnitt
31: weiterer Zentrierabschnitt
32: Aufnahmeabschnitt
33: erste Einführschräge
34: zweite Einführschräge
35: dritte Einführschräge
36: Außengewinde
37: Innengewinde
38: Zentrierspitze
39: Bolzenkopf
40: Dichtungselement
100: Statorachse
101: Bolzenachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019133674 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine (1) - mit einem Stator (2), der einen Statorkörper (4) sowie eine mehrphasige Statorwicklung (5) mit mindestens einem Wicklungsende (9) je Phase aufweist, wobei der Stator (2) eine Statorachse (100) definiert; - mit einem Gehäuse (20), wobei das Gehäuse (20) in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse (100) in einen Aufnahmebereich (24) zur drehfesten Aufnahme des Statorkörpers (4) sowie einen Anschlussbereich (25) zum elektrischen Anschluss der Statorwicklung (5) unterteilt ist, - mit einer Verschaltungseinrichtung (12), die eine Anschlusseinheit (16) zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsenden (9) mit einem Hochvoltanschluss sowie ein elektrisch isolierendes Isolationsgehäuse (14) aufweist, in welchem die Anschlusseinheit (16) zumindest teilweise aufgenommen ist, wobei die Wicklungsenden (9) in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse (100) in den Anschlussbereich (25) ragen und elektrisch leitend mit der Anschlusseinheit (16) kontaktiert sind, gekennzeichnet durch mindestens einen Passbolzen (26) zur lagerichtigen Ausrichtung der Verschaltungseinrichtung (26) in dem Anschlussbereich (25), wobei die Verschaltungseinrichtung (26) über den Passbolzen (26) an dem Gehäuse (20) festgelegt ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung (12) über den mindestens einen Passbolzen (26) in Bezug auf die Statorachse (100) in axialer, radialer und tangentialer Richtung lagerichtig an dem Gehäuse (20) ausgerichtet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mindestens eine Passbolzenöffnung (27) aufweist, wobei der Passbolzen (26) in der Passbolzenöffnung (27) passgenau aufgenommen ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung (12) mindestens eine Passbolzenaufnahme (29) aufweist, wobei der Passbolzen (26) in der Passbolzenaufnahme (29) formschlüssig und/oder kraftschlüssig montiert ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Passbolzen (26) mindestens einen Zentrierabschnitt (30) zur Aufnahme in der Passbolzenöffnung (27) und einen Aufnahmeabschnitt (32) zur Aufnahme in der Passbolzenaufnahme (29) aufweist, wobei der Zentrierabschnitt (30) einen größeren Außendurchmesser als der Aufnahmeabschnitt (32) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Passbolzen (26) über eine Schraubverbindung in die Passbolzenaufnahme (29) montiert ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung (26) eine Positionierhilfe (15) zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden (9) in dem Anschlussbereich (25) aufweist, wobei die Positionierhilfe (15) über den mindestens einen Passbolzen (26) lagerichtig an dem Isolationsgehäuse (14) festgelegt ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierhilfe (15) die Passbolzenaufnahme (29) aufweist und dass das Isolationsgehäuse (14) eine Passbolzendurchführung (28) aufweist, wobei der Passbolzen (26) in der Passbolzendurchführung (28) passgenau aufgenommen und über die Passbolzendurchführung (28) in die Passbolzenaufnahme (29) montiert ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Passbolzen (25) einen weiteren Zentrierabschnitt (31) zur Aufnahme in der Passbolzendurchführung (28) aufweist, wobei der weitere Zentrierabschnitt (31) einen größeren Außendurchmesser als der Aufnahmeabschnitt (32) und einen kleineren Außendurchmesser als der Zentrierabschnitt (30) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (30) eine erste Einführschräge (33) und/oder der weitere Zentrierabschnitt (31) eine zweite Einführschräge (34) und/oder der Aufnahmeabschnitt (32) eine dritte Einführschräge (35) aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Passbolzen (26) endseitig eine Zentrierspitze (38) aufweist, wobei die Verschaltungseinrichtung (12) bei einer Montage des Passbolzens (26) über die Zentrierspitze (38) relativ zu dem Gehäuse (20) vorzentrierbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Passbolzen (26) in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung in Bezug auf eine Bolzenachse (101) fluiddicht an dem Gehäuse (20) abgestützt ist, um einen Innenraum (23) des Gehäuses (20) gegenüber einer Umgebung abzudichten.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein separates Dichtungselement (40), wobei der Passbolzen (26) über das Dichtungselement (40) fluiddicht an dem Gehäuse (20) abgestützt ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) einen Gehäusegrundkörper (21) und mindestens ein Lagerschild (22) aufweist, welche gemeinsam einen Gehäuseinnenraum (23) des Gehäuses (4) begrenzen, wobei die Verschaltungseinrichtung (12) über den mindestens einen Passbolzen (26) an einer Innenseite des Lagerschildes (22) festgelegt ist.
Verfahren zur Montage der elektrischen Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem: - der Stator (2) in das Gehäuse (20) montiert wird; - die Verschaltungseinrichtung (12) an den Wicklungsenden (9) montiert wird; - das Gehäuse (20) verschlossen wird; - die Verschaltungseinrichtung (12) über den mindestens einen Passbolzen (26) lagerichtig in dem Anschlussbereich (25) ausgerichtet wird und an dem Gehäuse (20) festgelegt wird.