DE102023201223A1

DE102023201223A1 - Verschaltungsanordnung mit einer Positioniereinrichtung, Verwendung der Positioniereinrichtung sowie Verfahren zur Montage der Verschaltungsanordnung

Info

Publication number: DE102023201223A1
Application number: DE102023201223.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Schrenk; Marcel Werner; Christoph Wieder; Andreas Hesler; Roland Lindwurm; Sebastian Baumgart; Katja Willacker; Jochen Wittmann; Johannes Fischer
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
Also published as: WO2024170368A1; CN120615269A

Abstract

Es wird eine Verschaltungsanordnung 1 für eine elektrische Maschine, mit einer mehrphasigen Statorwicklung 5, welche mindestens ein Wicklungsende 7 je Phase aufweist, wobei sich die Wicklungsenden 7 in einer axialen Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 erstrecken, und mit einer Verschaltungseinrichtung 10, welche eine Anschlusseinheit 11 zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsenden 7 mit einem Hochvoltanschluss sowie ein elektrisch isolierendes Isolationsgehäuse 12 aufweist, wobei die Anschlusseinheit 11 zumindest teilweise in dem Isolationsgehäuse 12 und mehrere Leiterabschnitte 13a, 13b, 13c aufweist, welche sich gleichgerichtet zu den Wicklungsenden 7 erstrecken und jeweils mit mindestens einem Wicklungsende 7 elektrisch leitend kontaktiert sind, vorgeschlagen, wobei die Verschaltungsanordnung 1 eine Positioniereinrichtung 16 zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden 7 an dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt 13a, 13b, 13c aufweist, wobei die Positioniereinrichtung 16 über mindestens eine Zentrierverbindung 17 lagerichtig zu der Verschaltungseinrichtung 10 zentriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschaltungsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung der Positioniereinrichtung als Transportsicherung und/oder Ablänghilfe sowie ein Verfahren zur Montage der Verschaltungsanordnung.
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 Verschaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch eine vereinfachte Montage auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Verschaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Figuren hervor.
Gegenstand der Erfindung ist eine Verschaltungsanordnung, welche für eine elektrische Maschine ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient die elektrische Maschine zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments für ein Fahrzeug, insbesondere eines Traktionsmomentes. 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. Die elektrische Maschine weist vorzugsweise einen Stator sowie einen radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor auf, welcher eine Drehachse definiert. Anders formuliert, ist die elektrische Maschine als ein Innenläufer ausgebildet.
Die Verschaltungsanordnung weist eine mehrphasige Statorwicklung auf, welche mindestens oder genau ein Wicklungsende je Phase aufweist. Die Wicklungsenden erstrecken sich in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Statorachse. Insbesondere weist die Statorwicklung genau drei Phasenwicklungen für die Kontaktierung mit einer Leistungselektronik auf, wobei jede Phasenwicklung mindestens einen Teilstrang umfasst. Die Phasenwicklungen können über eine Sternpunktkontaktierung miteinander zu einer Sternschaltung verschaltet sein. Vorzugsweise ist jeder Teilstrang durch eine Mehrzahl von Steckspulen gebildet. Die Steckspulen können auf mindestens einer Seite mindestens eine, vorzugsweise genau zwei Kontaktstellen aufweisen, über welche die Steckspulen zur Bildung des jeweiligen Teilstrangs paarweise miteinander verbunden sind. Die Statorwicklung ist vorzugsweise an einem Statorkörper des Stators angeordnet, wobei der Statorkörper mehrere, sich jeweils entlang einer Längsachse erstreckende Nuten aufweist, 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. Bevorzugt erstrecken sich die Wicklungsenden parallel und/oder gleichgerichtet zu der Statorachse. Insbesondere stehen die Wicklungsenden zumindest an einer axialen Stirnseite in der axialen Richtung von einem Wicklungskopf der Statorwicklung ab. Besonders bevorzugt erstrecken sich die Wicklungsenden an einem radialen Innendurchmesser der Statorwicklung in der axialen Richtung. Im Speziellen ist die Statorachse durch die Drehachse des Rotors definiert.
Die Verschaltungsanordnung 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. Insbesondere ist die Verschaltungseinrichtung über die Anschlusseinheit mit der Statorwicklung kontaktiert. Besonders bevorzugt ist die Verschaltungseinrichtung in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 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.
Die Verschaltungseinrichtung weist 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.
Die Anschlusseinheit weist 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. Alternativ können die Wicklungsenden in axialer Ansicht in Bezug auf die Statorachse radial außenliegend zu den Leiterabschnitten angeordnet sein. Anders formuliert, sind die Leiterabschnitte somit radial innenliegend an den Wicklungsenden abgestützt. Weiterhin kann die Anschlusseinheit mindestens oder genau einen weiteren Leiterabschnitt zur Kontaktierung mindestens eines Wicklungsendes, z.B. ein Neutralleiter, aufweisen. 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.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verschaltungsanordnung eine Positioniereinrichtung aufweist, welche zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden an dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung sind dabei als zwei separate Bauteile ausgebildet, welche über mindestens oder genau eine Zentrierverbindung lagerichtig zueinander zentriert und/oder zentrierbar sind. Die Positioniereinrichtung dient dazu, die einzelnen Wicklungsenden bei einer Montage der Positioniereinrichtung einzufangen und anschließend zu den jeweiligen Leiterabschnitten vorauszurichten. Bei einer anschließenden Montage der Verschaltungseinrichtung sind die einzelnen Wicklungsenden dabei derart ausgerichtet, dass die Leiterabschnitte an den jeweiligen Wicklungsenden anliegen und/oder mit diesen kontaktiert werden können. Insbesondere sind die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung über die mindestens eine Zentrierverbindung in genau einer einzigen Orientierung miteinander verbunden und/oder verbindbar. Vorzugsweise ist die Zentrierverbindung zwischen der Positioniereinrichtung und der Verschaltungseinrichtung gebildet. Die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung können über die Zentrierverbindung zumindest in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sein.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Wicklungsenden zur Kontaktierung der Verschaltungseinrichtung axial verlängert sind, wodurch diese den Schwingungen des Antriebsstrangs ausgesetzt sind und sich aufgrund von dynamischen Lasten an den Kontaktstellen, insbesondere von den Leiterabschnitten, lösen können. Dies führt zu einem Ausfall der elektrischen Maschine.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Wicklungsenden durch die Positioniereinrichtung gestützt sowie geführt sind und somit in einer vorbestimmten Endlage gehalten werden. Dadurch sind die Wicklungsenden gegen die Auswirkungen der Schwingungen des Antriebsstrangs geschützt und somit gegen einen möglichen Abriss bzw. ein Lösen von den jeweiligen Leiterabschnitten gesichert. Des Weiteren dient die Positioniereinrichtung als Montagehilfe, wobei durch die Ausrichtung der Wicklungsenden die Montage der Verschaltungseinrichtung an den Wicklungsenden deutlich vereinfacht ist.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Zentrierverbindung ausgebildet ist, die Positioniereinrichtung bei einer Montage in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse relativ zu der Verschaltungseinrichtung auszurichten, wobei die Verschaltungseinrichtung ortsfest, insbesondere über ein Montagewerkzeug, in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage gehalten ist. Insbesondere kann die Positioniereinrichtung im Rahmen eines Montageprozesses an den Wicklungsenden vormontiert werden, um die Wicklungsenden während der Montage und/oder einem Transport zu sichern. Dabei kann die Positioniereinrichtung in ihrer Lage von der späteren Endlage bzw. einer Einbaulage, in welcher die Wicklungsenden mit dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt kontaktieren, abweichen. Es wird daher vorgeschlagen, die Verschaltungseinrichtung im weiteren Montageprozess in der späteren Einbaulage festzuhalten, wobei die Positioniereinrichtung über die Zentrierverbindung an der Verschaltungseinrichtung lagerichtig ausgerichtet bzw. zentriert wird. Es wird somit eine Verschaltungsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine hohe Montagesicherheit sowie einen vereinfachten Montageprozess auszeichnet.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zentrierverbindung durch eine Schnappverbindung gebildet ist. Insbesondere ist die Schnappverbindung in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse zwischen der Positioniereinrichtung und der Verschaltungseinrichtung gebildet. Vorzugsweise erfolgt über die Schnappverbindung eine Zentrierung zwischen der Positioniereinrichtung und der Verschaltungseinrichtung in radialer Richtung und optional in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung.
Alternativ oder optional ergänzend ist die Zentrierverbindung durch eine Formschlussverbindung gebildet. Insbesondere ist die Formschlussverbindung in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse gebildet. Vorzugsweise erfolgt über die Formschlussverbindung eine Zentrierung in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung.
Alternativ oder optional ergänzend ist die Zentrierverbindung durch eine Schraubverbindung gebildet. Insbesondere ist die Schraubverbindung in axialer Richtung zwischen der Positioniereinrichtung und der Verschaltungseinrichtung gebildet. Vorzugsweise erfolgt über die Schraubverbindung eine Zentrierung zwischen der Positioniereinrichtung und der Verschaltungseinrichtung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung.
Besonders bevorzugt können die verschiedenen Verbindungsvarianten beliebig miteinander kombiniert werden, um die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung zueinander zu zentrieren und ggf. miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann eine Verbindungsvariante zur Zentrierung in radialer Richtung und die andere Verbindungsvariante zur Zentrierung in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung dienen. Im Speziellen werden zumindest die Schnappverbindung und/oder die Formschlussverbindung durch eine Steckbewegung der Verschaltungseinrichtung relativ zu der Positioniereinrichtung gebildet. Optional dienen die Schnappverbindung und/oder die Schraubverbindung zusätzlich zur axialen Verbindung der Verschaltungseinrichtung und der Positioniereinrichtung. Es wird somit eine Zentrierverbindung vorgeschlagen, welche besonders einfach und kostengünstig realisiert wird und zugleich eine einfache Montage bzw. Zentrierung der beiden Bauteile ermöglicht.
In einer Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Schnappverbindung durch mindestens oder genau einen an der Positioniereinrichtung ausgebildeten Schnapphaken gebildet ist, welcher mit einer an dem Isolationsgehäuse ausgebildeten Schnappkontur in Eingriff steht. Alternativ oder optional ergänzend ist die Schnappverbindung durch mindestens oder genau einen an dem Isolationsgehäuse ausgebildeten Schnapphaken gebildet, welcher mit einer an der Positioniereinrichtung ausgebildeten Schnappkontur in Eingriff steht. Der mindestens eine Schnapphaken und die mindestens eine Schnappkontur können an einem Außendurchmesser und/oder an einem Innendurchmesser und/oder an einem Umfangsende der Positioniereinrichtung bzw. der Verschaltungseinrichtung angeordnet sein. Vorzugsweise liegt der Schnapphaken wahlweise in radialer Richtung oder in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung an der Schnappkontur an, um die Verschaltungseinrichtung gegenüber der Positioniereinrichtung bzw. die Positioniereinrichtung gegenüber der Verschaltungseinrichtung zu zentrieren. Vorzugsweise liegt der Schnapphaken in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse an der Schnappkontur an, um die Verschaltungseinrichtung an der Positioniereinrichtung bzw. die Positioniereinrichtung an der Verschaltungseinrichtung gegen Verlieren zu sichern. Insbesondere ist der Schnapphaken in axialer Richtung ausgerichtet und wahlweise in radialer Richtung oder in Umfangsrichtung elastisch verformbar. Insbesondere ist die Schnappkontur durch eine in radialer Richtung angeformte Erhöhung, zum Beispiel eine Nase, ein Steg oder dergleichen ausgebildet, mit welcher der Schnapphaken verhakt. Alternativ kann die Schnappkontur jedoch auch als eine in radialer Richtung eingeformte Vertiefung, zum Beispiel eine Nut, eine Öffnung oder dergleichen, ausgebildet sein, in welche der Schnapphaken eingreift. Besonders bevorzugt bilden der Schnapphaken und die Schnappkontur eine lösbare Schnappverbindung. Es wird somit eine Zentrierverbindung vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache Montage sowie zugleich durch eine formschlüssige Verbindung der beiden Bauteile auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Formschlussverbindung durch mindestens oder genau eine an der Positioniereinrichtung ausgebildete Formschlusskontur gebildet ist, welche mit einer an dem Isolationsgehäuse ausgebildeten Formschlussaufnahme in Eingriff steht. Alternativ oder optional ergänzend ist die Formschlussverbindung durch mindestens oder genau eine an dem Isolationsgehäuse ausgebildete Formschlusskontur gebildet, welche mit einer an der Positioniereinrichtung ausgebildeten Formschlussaufnahme in Eingriff steht. Die mindestens eine Formschlusskontur und die mindestens eine Formschlussaufnahme können an einem Außendurchmesser und/oder an einem Innendurchmesser und/oder an einem Umfangsende der Positioniereinrichtung bzw. der Verschaltungseinrichtung angeordnet sein. Alternativ können die Formschlusskontur und die mindestens eine Formschlussaufnahme jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Formschlusskontur in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung formschlüssig in der Formschlussaufnahme aufgenommen, um die Verschaltungseinrichtung gegenüber der Positioniereinrichtung bzw. die Positioniereinrichtung gegenüber der Verschaltungseinrichtung zu zentrieren. Insbesondere ist die Formschlusskontur durch einen Steg, Zapfen, Pin oder dergleichen ausgebildet, wobei sich die Formschlusskontur im Wesentlichen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung erstreckt. Insbesondere ist die Formschlussaufnahme durch eine zu der Formschlusskontur komplementär ausgebildete Nut, Öffnung, Vertiefung oder dergleichen ausgebildet. Im Speziellen kann die Verschaltungseinrichtung bzw. die Positioniereinrichtung mindestens oder genau zwei der Formschlusskonturen aufweisen, wobei die eine Formschlusskontur zur Zentrierung in radialer Richtung und die andere Formschlusskontur zur Zentrierung in Umfangsrichtung dient. Optional ist vorgesehen, dass die Formschlussaufnahme eine Einführschräge aufweist, über welche die Formschlusskontur bei einer Montage in die Formschlussaufnahme zentriert wird. Es wird somit eine Zentrierverbindung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders einfache und robuste Zentrierung auszeichnet.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Schraubverbindung durch mindestens oder genau eine an der Positioniereinrichtung angeordnete Befestigungsaufnahme zur Aufnahme eines Befestigungsmittels sowie mindestens oder genau eine an dem Isolationsgehäuse ausgebildete Befestigungsdurchführung zur Durchführung des Befestigungsmittels gebildet ist. In einer bestimmungsgemäßen Einbausituation sind die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung gemeinsam über das mindestens eine Befestigungsmittel in einer festgelegten Einbaulage an einem Gehäuse, vorzugsweise einem Lagerschild, befestigbar und/oder befestigt. Bevorzugt ist das Befestigungsmittel lösbar, vorzugsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig, in der Befestigungsaufnahme festgelegt. Beispielsweise ist das Befestigungsmittel als eine Befestigungsschraube ausgebildet, wobei die Befestigungsaufnahme entsprechend ein Innengewinde zur Aufnahme der Befestigungsschraube aufweist. Bevorzugt weisen das Isolationsgehäuse und die Positioniereinrichtung an den Umfangsenden jeweils eine Befestigungslasche auf, in welcher die Befestigungsdurchführung bzw. die Befestigungsaufnahme angeordnet ist. Insbesondere weist das Gehäuse, vorzugsweise das Lagerschild, mindestens oder genau eine Befestigungsöffnung zur Durchführung des Befestigungsmittels auf. Besonders bevorzugt sind die Befestigungsöffnung, die Befestigungsdurchführung und die Befestigungsaufnahme in der Einbaulage fluchtend und/oder deckungsgleich zueinander angeordnet. Prinzipiell kann an der Befestigungsaufnahme ein mit der Befestigungsöffnung in Eingriff stehender Zentrierbund angeordnet sein, um die Verschaltungseinrichtung gegenüber der Positioniereinrichtung zu zentrieren. Alternativ kann an der Befestigungsöffnung ein mit der Befestigungsaufnahme in Eingriff stehender Zentrierbund angeordnet sein, um die Positioniereinrichtung gegenüber der Verschaltungseinrichtung zu zentrieren. Alternativ oder optional ergänzend kann die Zentrierung jedoch auch durch das Befestigungsmittel selbst erfolgen, wobei das Befestigungsmittel hierzu formschlüssig in der Befestigungsdurchführung aufgenommen ist. Es wird somit eine Verschaltungsanordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders sichere Montage bzw. Befestigung der Verschaltungseinrichtung auszeichnet.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung je Leiterabschnitt jeweils einen Fixierungsabschnitt aufweist, über welchen jeweils mindestens oder genau ein Wicklungsende zu dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt lagerichtig fixiert ist. Insbesondere sind die Wicklungsenden über die Fixierungsabschnitte zumindest in radialer Richtung und optional in Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig fixiert. Besonders bevorzugt sind die Wicklungsenden in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse durch den jeweiligen Fixierungsabschnitt geradgeführt und/oder zwangsgeführt. Hierzu sind die Fixierungsabschnitte vorzugsweise jeweils als ein Führungskanal ausgebildet, wobei das jeweilige Wicklungsende abschnittsweise formschlüssig durch den zugehörigen Führungskanal geführt ist. Im Speziellen sind die Wicklungsenden im montierten Zustand der Verschaltungseinrichtung in radialer Richtung zwischen dem jeweiligen Leiterabschnitt und dem Führungskanal formschlüssig, vorzugsweise spielfrei, abgestützt bzw. verspannt. Optional ergänzend sind die Wicklungsenden in Umfangsrichtung innerhalb des Führungskanals formschlüssig, vorzugsweise spielfrei, abgestützt. Es wird somit eine Positionierhilfe vorgeschlagen, welche eine spielfreie Positionierung der Wicklungsenden an den jeweiligen Leiterabschnitten gewährleistet. Dadurch wird der Montageprozess, insbesondere der Fügeprozess, der Wicklungsenden mit dem jeweiligen Leiterabschnitt deutlich vereinfacht.
In einer Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Positioniereinrichtung je Leiterabschnitt jeweils einen Einführungsabschnitt aufweist, über welchen jeweils das mindestens eine Wicklungsende in den jeweils zugehörigen Fixierungsabschnitt lagerichtig eingeführt und/oder einführbar ist. Insbesondere werden die Wicklungsenden bei einer Montage der Verschaltungseinrichtung über die Einführungsabschnitte lagerichtig ausgerichtet und in den jeweiligen Fixierungsabschnitt eingeführt. Vorzugsweise dient der Einführungsabschnitt zur radialen und/oder tangentialen Ausrichtung der einzelnen Wicklungsenden während des Montageprozesses der Verschaltungseinrichtung. Hierzu schließt sich der Fixierungssabschnitt unmittelbar an den Einführungsabschnitt, vorzugsweise übergangsfrei, an, wobei die Wicklungsenden über die Kontur des Einführungsabschnittes gezielt in den jeweils zugehörigen Fixierungsabschnitt geführt werden. Im Speziellen ist der Einführungsabschnitt derart ausgestaltet, dass alle Wicklungsenden bei einer Montage aufgenommen und anschließend durch axiales Aufschieben der Positioniereinrichtung in den jeweiligen Fixierungsabschnitt eingeführt werden. Dadurch wird der Montageprozess weiter vereinfacht, indem die Wicklungsenden bei der Montage vorausgerichtet werden.
Optional weisen der Fixierungsabschnitt und/oder der Einführungsabschnitt mindestens oder genau einen Endanschlag auf, welcher in axialer Richtung mit einem der Wicklungsenden und/oder der Statorwicklung zusammenwirkt, wodurch ein axiales Aufschieben der Verschaltungseinrichtung in der Endlage begrenzt ist.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Einführungsabschnitte jeweils eine Einführöffnung aufweisen, wobei die Einführungsabschnitte im Wesentlichen einen von der Einführöffnung in Richtung des Fixierungsabschnittes konvergierenden Querschnittsverlauf aufweisen. Insbesondere sind die Einführungsabschnitte in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung trichterförmig ausgestaltet. Anders formuliert weisen die Einführungsabschnitte jeweils einen zu dem Fixierungsabschnitt hin abnehmenden Öffnungsdurchmesser auf. Durch den konvergierenden Querschnittsverlauf können große Lagetoleranzen der Wicklungsenden besonders einfach ausgeglichen werden bzw. die Wicklungsenden bei einer Montage in einfacher Weise eingefangen werden.
In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass die Einführungsabschnitte zumindest an einer radial äußeren Seite jeweils eine, insbesondere von der Einführöffnung, in Richtung des Fixierungsabschnittes schräg verlaufende Schrägfläche aufweisen, welche zur lagerichtigen Einführung des jeweiligen Wicklungsendes in einer radialen Richtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Bei einer Montage können die Wicklungsenden entlang der Schrägfläche abgleiten, wobei die Wicklungsenden zugleich radial in Richtung des Fixierungsabschnittes ausgerichtet werden. Insbesondere weist die Schrägfläche einen konstanten Steigungswinkel auf. Vorzugsweise weist die Schrägfläche einen Steigungswinkel von mehr als 10°, vorzugsweise mehr als 20°, im Speziellen mehr als 30° auf. Durch die Ausgestaltung der Schrägfläche an der radial äußeren Seite kann der ohnehin zur Verfügung stehende radiale Bauraum genutzt werden, um eine möglichst große Einführöffnung zu ermöglichen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wicklungsenden leicht und sicher in den jeweiligen Fixierungsabschnitt eingeführt werden können.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Einführungsabschnitte in Umfangsrichtung jeweils mindestens oder genau eine schräg verlaufende weitere Schrägfläche aufweisen, welche zur lagerichtigen Einführung des jeweiligen Wicklungsendes in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Bei einer Montage können die Wicklungsenden entlang der weiteren Schrägfläche abgleiten, wobei die Wicklungsenden zugleich tangential in Richtung des Fixierungsabschnittes ausgerichtet werden. Prinzipiell kann sich die weitere Schrägfläche ausgehend von der Einführöffnung in Richtung des Fixierungsabschnittes mit einem konstanten Steigungswinkel erstrecken. Alternativ kann sich die weitere Schrägfläche zumindest abschnittsweise innerhalb des jeweiligen Einführungsabschnittes in Richtung des Fixierungsabschnittes erstrecken. Durch die weitere Einführungsschräge wird eine zusätzliche Ausrichtung in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung der einzelnen Wicklungsenden während des Montagprozesse ermöglicht.
Optional ist vorgesehen, dass die Einführungsabschnitte an einer radial inneren Seite jeweils eine von der Einführöffnung in Richtung des Fixierungsabschnittes im Wesentlichen axial verlaufende Stützfläche aufweisen, welche zur radialen Abstützung des jeweiligen Wicklungsendes ausgebildet und/oder geeignet ist. Bei einer Montage können die Wicklungsenden entlang der Stützfläche axial in Richtung des Fixierungsabschnittes abgleiten. Insbesondere erstreckt sich die Stützfläche in axialer Verlängerung zu dem jeweiligen Führungskanal, sodass die Wicklungsenden bei einer Anlage an der Stützfläche in axialer Richtung unmittelbar in den zugehörigen Führungskanal eingeführt und/oder einführbar sind. Vorzugsweise erstreckt sich die Stützfläche in der axialen Richtung und/oder gleichgerichtet und/oder parallel zu dem jeweiligen Leiterabschnitt. Im Speziellen liegen die Wicklungsenden in der Endlage abschnittsweise innerhalb der Positionierhilfe an der Stützfläche an. Optional ist vorgesehen, dass der Einführungsabschnitt an seiner radial inneren Seite eine von der Einführöffnung in Richtung der Stützfläche verlaufende Einführfase aufweist. Es wird somit eine Positionierhilfe vorgeschlagen, welche eine besonders stabile Abstützung der einzelnen Wicklungsenden ermöglicht.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Positioniereinrichtung als Transportsicherung für die Wicklungsenden und/oder als Ablänghilfe für die Wicklungsenden. Insbesondere kann die Positioniereinrichtung vor der Montage der Verschaltungseinrichtung an den Wicklungsenden vormontiert werden, um diese während eines Transportes und/oder während eines Montageverfahrens, insbesondere bei einem Ablängschritt, zu sichern. Beispielsweise dient die als Transportsicherung verwendete Positioniereinrichtung zum Schutz und/oder Abstützung der verlängerten Wicklungsenden. Beispielsweise dient die als Ablänghilfe verwendete Positioniereinrichtung als optische Ablänghilfe, wobei für unterschiedliche Längen der Wicklungsenden die Fixierungsabschnitte unterschiedlich lang ausgeprägt sein können. Es wird somit eine Positioniereinrichtung vorgeschlagen, welche sich durch eine hohe Funktionalität und somit durch eine Vereinfachung des Montageprozesses auszeichnet. Zudem können durch die Mehrfachverwendung der Positioniereinrichtung, insbesondere beim Transport und bei der Montage, Kosten eingespart werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage der Verschaltungsanordnung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde, bei dem die Statorwicklung bereitgestellt wird; die Positioniereinrichtung an den Wicklungsenden vormontiert wird, wobei die Wicklungsenden durch die Positioniereinrichtung vorausgerichtet werden; und die Verschaltungseinrichtung und die Positioniereinrichtung in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse miteinander verbunden und über die mindestens ein Zentrierverbindung lagerichtig zueinander zentriert werden. Insbesondere wird die Positioniereinrichtung im Rahmen einer Statormontage an der Statorwicklung vormontiert und die Verschaltungseinrichtung im Rahmen einer Endmontage an der vormontierten Positioniereinrichtung montiert. Vorzugsweise wird die Zentrierverbindung beim Aufsetzen der Verschaltungseinrichtung auf der Positioniereinrichtung erzeugt. In einem weiteren Montageschritt können die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung gemeinsam an dem Gehäuse, insbesondere dem Lagerschild, in der Einbaulage festgelegt werden.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung bei der Montage durch ein Montagewerkzeug in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage lagerichtig gehalten wird, wobei die Positioniereinrichtung über die Zentrierverbindung relativ zu der Verschaltungseinrichtung in die Einbaulage zentriert wird. Vorzugsweise wird die Verschaltungseinrichtung hierzu relativ zu dem Stator in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse stationär in der Einbaulage gehalten, wobei die Positioniereinrichtung und die Verschaltungseinrichtung in axialer Richtung relativ zueinander bewegt werden.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Wicklungsenden nach der Montage der Positioniereinrichtung bzw. vor der Montage der Verschaltungseinrichtung auf eine für die weiteren Schritte notwendige Länge gekürzt werden. In einem weiteren oder alternativen Verfahrensschritt werden die Wicklungsenden nach der Montage der Verschaltungseinrichtung stoffschlüssig mit den Leiterabschnitten verbunden, vorzugsweise verschweißt oder verlötet.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Detaildarstellung einer Verschaltungsanordnung für eine elektrische Maschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine perspektivische Detaildarstellung einen Stator mit einer vormontierten Positioniereinrichtung der Verschaltungsanordnung aus 1;
3 eine perspektivische Darstellung einer Unterseite der Positioniereinrichtung in dem vormontierten Zustand;
4 eine dreidimensionale Darstellung einer zwischen einer Verschaltungseinrichtung und der Positioniereinrichtung gebildeten Zentrierverbindung der Verschaltungsanordnung aus 1;
5 eine Schnittdarstellung durch die Zentrierverbindung aus 4;
6 eine dreidimensionale Darstellung der Verschaltungseinrichtung mit einer weiteren Ausführungsvariante der Zentrierverbindung;
7 eine Schnittdarstellung durch die Zentrierverbindung aus 6;
8 eine Schnittdarstellung durch die Verschaltungseinrichtung und die Positionierung mit einer weiteren Ausführungsvariante der Zentrierverbindung;
9 eine Schnittdarstellung durch die Zentrierverbindung aus 8;

1 zeigt eine Verschaltungsanordnung 1 für eine elektrische Maschine, welche zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments, insbesondere eines Traktionsmoments für eine elektrische Achse eines Fahrzeuges dient. Die elektrische Maschine ist als ein Innenläufer ausgebildet und weist hierzu einen Stator 2 sowie einen radial innerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor, nicht dargestellt, auf. Die Verschaltungsanordnung 1 der elektrischen Maschine weist ein Gehäuse 3 auf, wobei der Stator 2 koaxial in Bezug auf eine Statorachse 100 in dem Gehäuse 3 vormontiert ist.
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 beispielsweise durch mehrere Steckspulen, zum Beispiel in der Form von Hairpins oder I-Pins, gebildet, welche in einem bestimmten Muster untereinander verschaltet sind. Die Steckspulen sind dabei in den Nuten angeordnet, wobei pro Nut mehrere der Steckspulen angeordnet sind. Die Statorwicklung 5 weist dabei genau drei Phasenwicklungen 6a, 6b, 6c mit jeweils zwei Wicklungsenden 7, 8 auf, welche sich in axialer Richtung in Bezug auf eine Statorachse 100 parallel und/oder gleichgerichtet zueinander an einem Innendurchmesser der Statorwicklung 2 erstrecken. Die Phasenwicklungen 6a, 6b, 6c umfassen jeweils zwei Teilstränge 9, welche jeweils durch eine Mehrzahl von Steckspulen gebildet sind.
Die Verschaltungsanordnung 1 weist weiterhin eine Verschaltungseinrichtung 10 zur Verschaltung der Wicklungsenden 7,8 zu einer Sternschaltung auf, welche im Wesentlichen aus einer Anschlusseinheit 11 und einem Isolationsgehäuse 12 gebildet ist.
Die Wicklungsenden 7, 8 sind dabei jeweils elektrisch leitend mit der Anschlusseinheit 11 verbunden, wobei die Anschlusseinheit 11 hierzu jeweils einen Leiterbschnitt 13a, 13b, 13c zur Kontaktierung der ersten Wicklungsenden 7 sowie jeweils einen weiteren Leiterabschnitt 14a, 14b, 14c zur Kontaktierung der zweiten Wicklungsenden 8 aufweist. Die Verschaltungseinrichtung 10 ist in radialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 außenliegend zu den Wicklungsenden 7, 8 angeordnet und über die Leiterabschnitte 13a-c, 14a-c an den jeweiligen Wicklungsenden 7, 8 abgestützt. Beispielsweise können die Wicklungsenden 7, 8 stoffschlüssig, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung, unlösbar mit dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitte 13a-c, 14a-c verbunden sein. Die Leiterabschnitte 13a, 13b, 13c sowie die weiteren Leiterabschnitte 14a, 14b, 14c sind jeweils als Wicklungsanschlussfahnen ausgebildet, welche sich in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 bzw. gleichgerichtet zu den jeweiligen Wicklungsenden 7, 8 erstrecken.
Weiterhin weist die Anschlusseinheit 11 je Phasenwicklung 6a, 6b, 6c jeweils einen Kontaktabschnitt 15a, 15b, 15c zur Bildung eines Hochvoltanschlusses auf. Beispielsweise dienen die Kontaktabschnitte 15a, 15b, 15c zum elektrischen Anschluss einer Leistungselektronik. Die Kontaktabschnitte 15a, 15b, 15c 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 11 ist teilweise in dem Isolationsgehäuse 12 aufgenommen, wobei die Leiterabschnitte 13a, 13b, 13c, die weiteren Leiterabschnitte 14a, 14b, 14c sowie die Kontaktabschnitte 15a, 15b, 15c zugänglich bzw. freigelegt sind. Beispielsweise ist jeweils ein Kontaktabschnitt 15a, 15b, 15c mit jeweils einem der Leiterabschnitte 13a, 13b, 13c über jeweils eine Stromschiene elektrisch leitend verbunden. Die weiteren Leiterabschnitte 14a, 14b, 14c sind über einen Schaltring elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei der Sternpunkt, an welchem die zweiten Wicklungsenden 8 der drei Phasenwicklungen 6a, 6b, 6c miteinander kontaktiert sind, durch den Schaltring gebildet ist. Die Stromschienen und der Schaltring können dabei voneinander elektrisch isoliert in dem Isolationsgehäuse 12 aufgenommen bzw. eingebettet sein.
Weiterhin weist die Verschaltungsanordnung 1 eine Positioniereinrichtung 16 auf, welche zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden 7, 8 an dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt 13a-c, 14a-c dient. Hierzu ist die Positioniereinrichtung 16 über mindestens eine Zentrierverbindung 17, wie in den 4 bis 9 beschrieben, mit dem Isolationsgehäuse 12 verbunden und relativ zu der Verschaltungseinrichtung 10 zentriert, wobei die Wicklungsenden 7, 8 über die Positioniereinrichtung 16 zu dem jeweiligen Leiterabschnitt 13a-c, 14a-c lagerichtig geführt sind. Dabei sind die Wicklungsenden 7, 8 in radialer Richtung zwischen dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt 13a-c, 14a-c und der Positioniereinrichtung 16 abgestützt bzw. eingespannt. Das Isolationsgehäuse 12 und die Positioniereinrichtung 16 sind dabei jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel Kunststoff, gefertigt.
Die Wicklungsenden 7, 8 sind zur Kontaktierung mit der Verschaltungseinrichtung 10 axial verlängert. Dadurch sind diese den Schwingungen des Antriebsstrangs ausgesetzt und können sich durch dynamische Lasten an den Kontaktstellen der jeweiligen Leiterabschnitte 13a-c, 14a-c lösen, was zum Ausfall der elektrischen Maschine führt. Die vorgeschlagene Positioniereinrichtung 16 dient zur Sicherung der Wicklungsenden 7, 8 gegen die Auswirkungen der Schwingungen des Antriebsstrangs und somit gegen ein mögliches Ablösen an den Kontaktstellen. Zudem kann die Positioniereinrichtung 16, wie nachfolgend beschrieben, als Transportsicherung und als Montagesicherung dienen.
2 zeigt den Stator 2 mit der vormontierten Positioniereinrichtung 16, welche als Transportsicherung für die Wicklungsenden 7, 8 und/oder als Ablänghilfe für die Wicklungsenden 7, 8 verwendet wird. Die Wicklungsenden 7, 8 treten dabei in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 aus einem Wicklungskopf der Statorwicklung 2 aus und werden über die Positioniereinrichtung 16 gefangen.
Hierzu weist die Positioniereinrichtung 16 je Leiterabschnitt 13a-c, 14a-c jeweils einen Fixierungsabschnitt 17 auf, durch welchen jeweils die Wicklungsenden 7, 8 der jeweiligen Phasenwicklung 6a-c geführt sind. Im vorliegenden Bespiel weist die Positioniereinrichtung 16 somit drei Fixierungsabschnitte 17 auf, welche jeweils die ersten Wicklungsenden 7 der jeweiligen Phasenwicklung 6a, 6b, 6c aufnehmen, sowie drei Fixierungsabschnitte 17, welche jeweils die zweiten Wicklungsenden 8 der jeweiligen Phasenwicklung 6a, 6b, 6c aufnehmen, wobei je Fixierungsabschnitt 17 jeweils zwei Teilstränge 9 aufgenommen sind.
Die Fixierungsabschnitte 17 dienen jeweils zur Fixierung der Wicklungsenden 7, 8 in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse 100. Hierzu sind die Fixierungsabschnitte 17 jeweils durch einen Führungskanal 18 gebildet, durch welchen die Wicklungsenden 7, 8 in axialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 geradgeführt sind. Die Wicklungsenden 7, 8 sind dabei abschnittsweise innerhalb des Führungskanals 18 in radialer Richtung sowie in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Statorachse 100 formschlüssig abgestützt.
3 zeigt eine Unterseite der Positioniereinrichtung 16 im vormontierten Zustand an den Wicklungsenden 7, 8, wobei die Positioniereinrichtung 16 auf der dem Wickelkopf zugewandten Seite je Fixierungsabschnitt 17 jeweils einen Einführungsabschnitt 19 aufweist, welche als Einführhilfe der Wicklungsenden 7, 8 in den jeweils zugehörigen Fixierungskanal 18 bei einer Montage der Positioniereinrichtung 16 dienen. Die Wicklungsenden 7, 8 können über die Einführungsabschnitte 19 eine Lageänderung erfahren und somit genau auf die Anschlussstellen der Verschaltungseinrichtung 10 ausgerichtet werden. Hierbei werden ebenfalls fertigungstechnische Toleranzen der Wicklungsenden 7, 8 ausgeglichen. Der Toleranzausgleich erfolgt dabei in den beiden Raumrichtungen, welche nicht die Steckrichtung darstellen.
Die Einführungsabschnitte 19 weisen hierzu jeweils eine Einführöffnung 20 auf, über welche die Wicklungsenden 7, 8 einführbar sind. Zudem weisen die Einführungsabschnitte 19 an der radial äußeren Innenseite jeweils eine Schrägfläche 21 auf, welche zur lagerichtigen Einführung der Wicklungsenden 7, 8 in radialer Richtung dienen, sowie zwei in Umfangsrichtung einander gegenüberliegende weitere Schrägflächen 22, welche zur lagerichtigen Einführung der Wicklungsenden 7, 8 in Umfangsrichtung bzw. in tangentialer Richtung dienen. Dabei erstrecken sich die Schrägflächen 21, 22, insbesondere ausgehend von der Einführöffnung 20, mit einem konstanten Steigungswinkel in Richtung des Führungskanals 18. Die Schrägflächen 22, 23 können dabei unterschiedliche Steigungswinkel und/oder unterschiedliche Steigungslängen aufweisen. Weiterhin weisen die Einführungsabschnitte 19 jeweils eine der Schrägfläche 21 gegenüberliegende Stützfläche 22 zur radialen Abstützung der Wicklungsenden 7, 8 auf, welche sich parallel und/oder gleichgerichtet zur Statorachse 100 bzw. des jeweiligen Wicklungsendes 7, 8 erstreckt. Dabei bilden die Stützflächen 22 eine axiale Verlängerung des jeweiligen Führungskanals 18.
Die Einführöffnungen 20 weisen einen um ein Vielfaches größeren Öffnungsdurchmesser als der Führungskanal 18 auf, wobei die Einführungsabschnitte 19 durch die Schrägflächen 21, 22 einen von der Einführöffnung 20 in Richtung des Fixierungsabschnittes 19 konvergierenden Querschnittsverlauf aufweisen. Durch die dadurch erzeugte Trichterform können die Wicklungsenden 7, 8 bei einer Montage der Verschaltungseinrichtung 7 in einfacher Weise eingefangen und lagerichtig zu dem jeweiligen Leiterabschnitt 13a-c, 14a-c ausgerichtet werden.
Durch die Einführungsabschnitte 19 können somit die Wicklungsenden 7, 8, welche aufgrund von fertigungsbedingten Toleranzen von einer Endlage abweichen in einfacher Weise eingefangen und ausgerichtet werden, wodurch die Montage der Verschaltungseinrichtung 10 erleichtert wird und die Toleranzen der Wicklungsenden 7, 8 wesentlich gröber gewählt werden können. Durch die Fixierung der Wicklungsenden 7, 8 in den Fixierungsabschnitten 17, können zudem die mechanischen Eigenschaffen, wie z.B. Schwingbelastungen, verbessert werden. Zudem bildet die Positioniereinrichtung 16 einen mechanischen Schutz der Wicklungsenden 7, 8 bei der Handhabung und der Montage.
Die 4 bis 9 zeigen jeweils verschiedene Ausführungen der Zentrierverbindung 17, wobei die Zentrierverbindungen 17 einzeln oder miteinander kombiniert zwischen der Verschaltungseinrichtung 10 und der Positioniereinrichtung 16 gebildet sind. Zur Herstellung der Verschaltungsanordnung 1, wird die Positioniereinrichtung 16 zunächst auf die verlängerten Wicklungsenden 7, 8 aufgesetzt, wie in den 2 und 3 dargestellt, wobei die Wicklungsenden 7, 8 eine Lage einnehmen, in welcher sie lagerichtig zu den Leiterabschnitten 13a-c, 14a-c der später angebrachten Verschaltungseinrichtung 10 vorausgerichtet sind. In diesem Zustand kann der Stator 2 sicher transportiert werden, indem die verlängerten Wicklungsenden 7, 8 durch die Positioniereinrichtung 16 gestützt werden.
Die Positioniereinrichtung 16 kann dabei jedoch in ihrer Endlage von einer späteren idealen Einbaulage abweichen. Zur Herstellung der Zentrierverbindungen 17 ist daher vorgesehen, dass die Verschaltungseinrichtung 10 bereits zu Beginn des Montageprozesses durch ein Montagewerkzeug in die ideale Einbaulage positioniert und während des Montageprozesses gehalten wird, wobei die Positioniereinrichtung 16 über die Zentrierverbindung 17 an der Verschaltungseinrichtung 10 lagerichtig ausgerichtet und in die Einbaulage zentriert wird. Dadurch erfahren die Positioniereinrichtung 16 und die darin aufgenommenen Wicklungsenden 7, 8 eine Lageänderung, welche eine eindeutige Verspannung der Wicklungsenden 7, 8 in den Fixierungsabschnitten 17 einstellt.
Anschließenden können die Leiterabschnitte 13a-c, 14a-c der Verschaltungseinrichtung 10 mit den jeweils zugehörigen Wicklungsenden 7, 8 im Rahmen eines Fügeprozesses verschweißt werden. Dabei kann die Positioniereinrichtung 16 vor dem Fügeprozess auch als Ablänghilfe für die Wicklungsenden 7, 8 verwendet werden. Für das Montageverfahren bedeutet dies, dass die Wicklungsenden 7, 8 nach der Vormontage der Positioniereinrichtung 16, wie in den 2 und 3 dargestellt, auf die für die weiteren Montageschritte notwendige Länge gekürzt werden. Beispielsweise dient die Positioniereinrichtung 16 als optische Ablänghilfe, indem die Fixierungsabschnitte 18 in axialer Richtung unterschiedliche Höhen aufweisen.
Die 4 und 5 zeigen eine erste mögliche Ausführung der zwischen der Verschaltungseinrichtung 10 und der Positioniereinrichtung 16 gebildeten Zentrierverbindung 17. Die Zentrierverbindung 17 ist hierbei durch eine Schnappverbindung 24 gebildet, wobei die Positioniereinrichtung 16 hierzu einen Schnapphaken 25 aufweist, welcher mit einer an dem Isolationsgehäuse 12 der Verschaltungseinrichtung 10 ausgebildeten Schnappkontur 26 zusammenwirkt. Der Schnapphaken 25 und die Schnappkontur 26 sind dabei jeweils an einem Außendurchmesser der Positioniereinrichtung 16 bzw. des Isolationsgehäuses 12 angeordnet, wobei die Schnappverbindung 24 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 gebildet ist.
Wie in 5 dargestellt, erstreckt sich der Schnapphaken 25 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100, wobei der Schnapphaken 25 in radialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 elastisch verformbar ist. Die Schnappkontur 26 ist als eine an dem Isolationsgehäuse 12 angeformte Erhöhung, zum Beispiel eine Rastnase, ausgebildet, welche in radialer Richtung ausgerichtet ist. Zur Herstellung der Schnappverbindung 24 werden die Verschaltungseinrichtung 10 und die Positioniereinrichtung 16 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 relativ zueinander bewegt, wobei der Schnapphaken 25 radial ausgelenkt und bei einer lagerichtigen Endlage der Verschaltungseinrichtung 10 und der Positioniereinrichtung 16 mit der Schnappkontur 26 verhakt. Der Schnapphaken 25 liegt dabei in radialer Richtung an dem Isolationsgehäuse 12 an, um die Verschaltungseinrichtung 10 relativ zu der Positioniereinrichtung 16 radial zu zentrieren. Weiterhin liegt der Schnapphaken 25 in axialer Richtung an der Schnappkontur 26 an, um die Verschaltungseinrichtung 10 in axialer Richtung an der Positioniereinrichtung 16 zu fixieren.
Die 6 und 7 zeigen eine zweite mögliche Ausführung der zwischen der Verschaltungseinrichtung 10 und der Positioniereinrichtung 16 gebildeten Zentrierverbindung 17. Die Zentrierverbindung 17 ist hierbei durch eine Formschlussverbindung 27 gebildet, wobei das Isolationsgehäuse 12 hierzu zwei Formschlusskonturen 28a, 28b aufweist, welche an einer der Positioniereinrichtung 16 zugewandten Seite angeformt sind. Die erste Formschlusskontur 28a erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung abschnittsweise an einem Innendurchmesser des Isolationsgehäuse 12, um eine Formschlussverbindung 27 in radialer Richtung zu bilden. Die zweite Formschlusskontur 28b erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung an einem der Umfangsenden des Isolationsgehäuses 12, um eine Formschlussverbindung 27 in Umfangsrichtung bzw. tangentialer Richtung zu bilden.
Wie in 7 bzw. in 8 dargestellt, weist die Positioniereinrichtung 16 jeweils eine zu den Formschlusskonturen 28a, 28b komplementäre Formschlussaufnahme 29a, 29b auf. Die erste Formschlusskontur 28a ist dabei in der ersten Formschlussaufnahme 29a zumindest in radialer Richtung bezüglich der Statorachse 100 formschlüssig aufgenommen, um die Positioniereinrichtung 16 in radialer Richtung an der Verschaltungseinrichtung 10 zu zentrieren. Die zweite Formschlusskontur 28b ist in der zweiten Formschlussaufnahme 29b zumindest in Umfangsrichtung bezüglich der Statorachse 100 formschlüssig aufgenommen, um die Positioniereinrichtung 16 in Umfangsrichtung an der Verschaltungseinrichtung 10 zu zentrieren. Beispielsweise ist die Formschlussverbindung durch eine Feder-Nut-Verbindung gebildet, wobei die erste und/oder die zweite Formschlusskontur 28a, 28b hierbei als Feder und die jeweilige Formschlussaufnahme 29a, 29b als eine korrespondierende Nut ausgestaltet ist.
Weiterhin können die erste und die zweite Formschlussaufnahme 29a, 29b jeweils eine Einführschräge 30 aufweisen, welche eine Einführhilfe für die jeweilige Formschlusskontur 28a, 28b bildet. Zur Herstellung der Formschlussverbindung 24 werden die Verschaltungseinrichtung 10 und die Positioniereinrichtung 16 in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse 100 relativ zueinander bewegt, wobei Formschlusskonturen 28a, 28b über die Einführschrägen 30 in die jeweilige Formschlussaufnahme 29a, 29b eingesteckt werden.
Die 8 und 9 zeigen eine dritte mögliche Ausführung der zwischen der Verschaltungseinrichtung 10 und der Positioniereinrichtung 16 gebildeten Zentrierverbindung 17. Die Zentrierverbindung 17 ist hierbei durch eine Schraubverbindung 31 gebildet, wobei die Verschaltungseinrichtung 10 hierzu zwei an den Umfangsenden des Isolationsgehäuses 12 angeordnete Befestigungsdurchführungen 32a, 32b und die Positioniereinrichtung 16 zwei an den Umfangsenden angeordnete Befestigungsaufnahmen 33a, 33b aufweist. Das Isolationsgehäuse 10 und die Positioniereinrichtung 16 weisen an den Umfangsenden jeweils eine Befestigungslasche auf, in welche die Befestigungsdurchführungen 32a, 32b bzw. die Befestigungsaufnahmen 33a, 33b drehfest montiert sind.
Wie in 9 dargestellt, ist für die Zentrierung über die Schraubverbindung 31 jeweils ein Befestigungselement 34 durch die Befestigungsdurchführungen 32a, 32b geführt und in der jeweils zugehörigen Befestigungsaufnahme 33a, 33b aufgenommen. Die Befestigungsmittel 34 können als Schrauben ausgebildet sein, wobei die Befestigungsaufnahmen 33a, 33b ein entsprechendes Innengewinde aufweisen, in welche die Schraube eingeschraubt ist.
Beispielsweise können die Verschaltungseinrichtung 10 und die Positioniereinrichtung 16 über die Befestigungsmittel 34 an dem Gehäuse 3, insbesondere an einem Lagerschild 35 der elektrischen Maschine befestigt werden. Die Verschaltungseinrichtung 10 ist in diesem Fall sandwichartig zwischen dem Lagerschild 35 und der Positioniereinrichtung 16 angeordnet und fixiert. Das Lagerschild 35 weist je Befestigungsdurchführung 32a, 32b bzw. je Befestigungsaufnahme 33a, 33b jeweils eine Befestigungsöffnung 36a, 36b auf, durch welche das jeweils zugehörige Befestigungsmittel 34 geführt ist. Die Befestigungsöffnungen 36a, 36b sind jeweils als Durchgangsbohrungen ausgebildet, welche in einer lagerichtigen Endlage bzw. Einbaulage der Verschaltungseinrichtung 10 fluchtend und/oder deckungsgleich mit den Befestigungsdurchführungen 32a, 32b und den Befestigungsaufnahmen 33a, 33b ausgerichtet sind.
Zur Herstellung der Schraubverbindung 24 werden die Befestigungsmittel 34 von außen über die Befestigungsöffnungen 36a, 36b und die Befestigungsdurchführungen 32a, 32b geführt und in die Befestigungsaufnahmen 33a, 33b montiert. Dabei sind die Befestigungsmittel 34 zumindest in den Befestigungsdurchführungen 32a, 32b formschlüssig aufgenommen, um die Positioniereinrichtung 16 in Umfangsrichtung und in radialer Richtung an der Verschaltungseinrichtung 10 zu zentrieren. Optional weisen die Befestigungsdurchführungen 32a, 32b jeweils einen Zentrierbund 36 auf, welcher in der lagerichtigen Einbaulage der Verschaltungseinrichtung 10 formschlüssig in die jeweils zugehörige Befestigungsöffnung 36a, 36b eingreifen, um die Verschaltungseinrichtung 10 an dem Lagerschild 35 zu zentrieren.
Bezugszeichen

1: Verschaltungsanordnung
2: Stator
3: Gehäuse
4: Statorkörper
5: Statorwicklung
6a-c: Phasenwicklungen
7: erste Wicklungsenden
8: zweite Wicklungsenden
9: Teilstränge
10: Verschaltungseinrichtung
11: Anschlusseinheit
12: Isolationsgehäuse
13a-c: Leiterabschnitte
14a-c: weitere Leiterabschnitte
15a-c: Kontaktabschnitte
16: Positioniereinrichtung
17: Fixierungsabschnitte
18: Führungskanal
19: Einführungsabschnitte
20: Einführöffnung
21: Schrägfläche
22: weitere Schrägfläche
23: Stützfläche
24: Schnappverbindung
25: Schnapphaken
26: Schnappkontur
27: Formschlussverbindung
28a, b: Formschlusskonturen
29a, b: Formschlussaufnahmen
30: Einführschräge
31: Schraubverbindung
32a, b: Befestigungsdurchführungen
33a, b: Befestigungsaufnahmen
34: Befestigungsmittel
35: Lagerschild
36a, b: Befestigungsöffnungen
100: Statorachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019133674 A1 [0003]

Claims

Verschaltungsanordnung (1) für eine elektrische Maschine, - mit einer mehrphasigen Statorwicklung (5), welche mindestens ein Wicklungsende (7) je Phase aufweist, wobei sich die Wicklungsenden (7) in einer axialen Richtung in Bezug auf die Statorachse (100) erstrecken; - mit einer Verschaltungseinrichtung (10), welche eine Anschlusseinheit (11) zur elektrischen Kontaktierung der Wicklungsenden (7) mit einem Hochvoltanschluss sowie ein elektrisch isolierendes Isolationsgehäuse (12) aufweist, wobei die Anschlusseinheit (11) zumindest teilweise in dem Isolationsgehäuse (12) und mehrere Leiterabschnitte (13a, 13b, 13c) aufweist, welche sich gleichgerichtet zu den Wicklungsenden (7) erstrecken und jeweils mit mindestens einem Wicklungsende (7) elektrisch leitend kontaktiert sind, gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung (16) zur lagerichtigen Positionierung der Wicklungsenden (7) an dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt (13a, 13b, 13c), wobei die Positioniereinrichtung (16) über mindestens eine Zentrierverbindung (17) lagerichtig zu der Verschaltungseinrichtung (10) zentriert ist.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierverbindung (17) ausgebildet ist, die Positioniereinrichtung (16) in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung bezüglich der Statorachse (100) relativ zu der Verschaltungseinrichtung (10) auszurichten, wobei die Verschaltungseinrichtung (10) ortsfest in einer Endlage gehalten ist.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierverbindung (17) durch eine Schnappverbindung (24) und/oder eine Formschlussverbindung (27) und/oder eine Schraubverbindung (31) gebildet ist.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappverbindung (24) durch mindestens einen an der Positioniereinrichtung (16) ausgebildeten Schnapphaken (24) gebildet ist, welcher mit einer an dem Isolationsgehäuse (12) ausgebildeten Schnappkontur (26) in Eingriff steht und/oder dass die Schnappverbindung (24) durch mindestens einen an dem Isolationsgehäuse (12) ausgebildeten Schnapphaken (24) gebildet ist, welcher mit einer an der Positioniereinrichtung (16) ausgebildeten Schnappkontur (26) in Eingriff steht.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussverbindung (27) durch mindestens eine an der Positioniereinrichtung (16) ausgebildete Formschlusskontur (28a, 28b) gebildet ist, welche mit einer an dem Isolationsgehäuse (12) ausgebildeten Formschlussaufnahme (29a, 29b) in Eingriff steht und/oder dass die Formschlussverbindung (27) durch mindestens eine an dem Isolationsgehäuse (12) ausgebildete Formschlusskontur (28a, 28b) gebildet ist, welche mit einer an der Positioniereinrichtung (16) ausgebildeten Formschlussaufnahme (29a, 29b) in Eingriff steht.
Verschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (31) durch mindestens eine an der Positioniereinrichtung (16) angeordnete Befestigungsaufnahme (33a, 33b) zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (34) sowie mindestens eine an dem Isolationsgehäuse (12) ausgebildete Befestigungsdurchführung (32a, 32b) zur Durchführung des Befestigungsmittels (34) gebildet ist, wobei die Positioniereinrichtung (16) und die Verschaltungseinrichtung (10) über das mindestens eine Befestigungsmittel (34) an einem Gehäuse (3) befestigbar sind.
Verschaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (16) je Leiterabschnitt (13a, 13b, 13c) jeweils einen Fixierungsabschnitt (17) aufweist, über welchen jeweils mindestens ein Wicklungsende (7) zu dem jeweils zugehörigen Leiterabschnitt (13a, 13b, 13c) lagerichtig fixiert ist.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (16) je Leiterabschnitt (13a, 13b, 13c) jeweils einen Einführungsabschnitt (19) aufweist, über welchen jeweils mindestens ein Wicklungsende (7) in den jeweils zugehörigen Fixierungsabschnitt (17) lagerichtig eingeführt und/oder einführbar ist.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführungsabschnitte (19) jeweils eine Einführöffnung (20) aufweisen, wobei die Einführungsabschnitte (19) im Wesentlichen einen von der Einführöffnung (20) in Richtung des Fixierungsabschnittes (17) konvergierenden Querschnittsverlauf aufweisen.
Verschaltungsanordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführungsabschnitte (19) zumindest an einer radial äußeren Seite jeweils eine in Richtung des Fixierungsabschnittes (17) schräg verlaufende Schrägfläche (21) zur lagerichtigen Einführung des jeweiligen Wicklungsendes (7) in einer radialen Richtung aufweisen.
Verschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführungsabschnitte (19) in Umfangsrichtung jeweils mindestens eine schräg verlaufende weitere Schrägfläche (22) zur lagerichtigen Einführung des jeweiligen Wicklungsendes (7) in Umfangsrichtung aufweisen.
Verwendung einer Positioniereinrichtung (16) der Verschaltungsanordnung (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Transportsicherung für die Wicklungsenden (7) und/oder als Ablänghilfe für die Wicklungsenden (7).
Verfahren zur Montage der Verschaltungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem: - die Statorwicklung (5) bereitgestellt wird; - die Positioniereinrichtung (16) an den Wicklungsenden (7) vormontiert wird, wobei die Wicklungsenden (7) durch die Positioniereinrichtung (16) vorausgerichtet werden; - die Verschaltungseinrichtung (10) und die Positioniereinrichtung (16) in axialer Richtung in Bezug auf die Statorachse (100) miteinander verbunden werden und über die mindestens eine Zentrierverbindung (17) lagerichtig zueinander zentriert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung (10) bei der Montage durch ein Montagewerkzeug in einer bestimmungsgemäßen Einbaulage lagerichtig gehalten wird, wobei die Positioniereinrichtung (16) über die Zentrierverbindung (17) relativ zu der Verschaltungseinrichtung (10) in die Einbaulage zentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsenden (7) nach der Montage der Positioniereinrichtung (16) auf eine für die weiteren Schritte notwendige Länge gekürzt werden und/oder nach der Montage der Verschaltungseinrichtung (10) stoffschlüssig mit den Leiterabschnitten (13a, 13b, 13c) verbunden werden.