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WO2019110274A1 - Verfahren zum herstellen eines stators für eine elektrische maschine - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines stators für eine elektrische maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2019110274A1
WO2019110274A1 PCT/EP2018/081563 EP2018081563W WO2019110274A1 WO 2019110274 A1 WO2019110274 A1 WO 2019110274A1 EP 2018081563 W EP2018081563 W EP 2018081563W WO 2019110274 A1 WO2019110274 A1 WO 2019110274A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stator
plastic
plastic mass
coolant
mass
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/081563
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
John Cunningham
Philip GRABHERR
Ian Webb
Tim Male
Stojan Markic
Graham Sentence
Peter Sever
Josef Sonntag
Jon Witcombe
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Priority to JP2020529559A priority Critical patent/JP7100129B2/ja
Priority to CN201880078084.7A priority patent/CN111448742B/zh
Priority to DE112018006176.0T priority patent/DE112018006176A5/de
Publication of WO2019110274A1 publication Critical patent/WO2019110274A1/de
Priority to US16/892,241 priority patent/US12062960B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K15/0056—Manufacturing winding connections
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    • H02K15/0081—Connecting winding sections; Forming leads; Connecting leads to terminals for form-wound windings
    • H02K15/0093—Manufacturing or repairing cooling fluid boxes, i.e. terminals of fluid cooled windings ensuring both electrical and fluid connection
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    • H02K15/065—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves
    • H02K15/067—Windings consisting of complete sections, e.g. coils, waves inserted in parallel to the axis of the slots or inter-polar channels

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a stator for an electrical cal machine.
  • the invention further relates to a stator, which is produced by means of this method, as well as an electric machine with such a stator.
  • conventional stators for electric machines include stator windings which are electrically energized during operation of the machine.
  • Such an electric machine can generally be an electric motor or a generator.
  • the electrical machine can be designed as an external rotor or as an internal rotor.
  • heat is generated which must be dissipated to prevent overheating and the associated damage or even destruction of the stator.
  • Such cooling comprises one or more cooling passages through which a coolant flows and which are arranged in the vicinity of the stator windings in the stator. Heat can be removed from the stator by transferring heat from the stator windings to the coolant. In this way, overheating of the stator windings and, associated therewith, damage or even destruction of the stator can be avoided.
  • stator windings wound onto the stator teeth can be permanently fixed on the stator.
  • electrically conductive windings do not abut the stator body, which is also electrically conductive, which typically is stacked by electrically conductive Sheet metal parts are formed.
  • the associated electrical connection between the stator windings and the stator body causes an undesired electrical short-circuit.
  • stator windings are already manufactured with electrical insulation, since these can be produced during operation of the electric machine due to high temperatures that can be caused by the electrical current flowing through the strong entanglements. especially since it can be partially damaged or even destroyed.
  • stator windings do not protrude into the cooling channels after the production of the cooling channels by the injection molding process with plastic compound.
  • the stator windings can come into direct contact with the guided through the cooling channels coolant, which must be avoided in order to avoid electrical connection of the stator windings with the coolant.
  • a method according to the invention for producing a stator for an electrical machine comprises a first step a).
  • a stator is provided which comprises an annular stator body, from which, in turn, radially inwardly a plurality of stator teeth spaced apart from each other along a circumferential direction protrude to receive stator windings. Between two circumferentially adjacent stator teeth in each case a gap, the so-called stator groove is formed.
  • At least two circumferentially adjacent stator teeth are at least partially injected with a first plastic compound.
  • a first plastic compound e.g., polymethyl methacrylate
  • At least one stator winding is arranged on at least one stator tooth.
  • This process corresponds to the winding of the stator windings on the stator teeth.
  • the stator windings can be realized as concentrated or distributed stator windings. In the former case is on a starter respectively
  • this at least one stator winding on the stator tooth fixed by at least partially encapsulating this stator winding with a second plastic compound, so permanently attached.
  • a first masking is introduced into the intermediate space (between the two stator teeth.)
  • Masking filled volume of the gap to form a cooling channel during encapsulation according to step d) remains free of the second plastic mass.
  • the cooling of the stator windings can thus, in a stator produced by means of the method presented here, by transporting waste heat generated in the stator windings, in particular in their axial end sections, through the first, second and / or third plastic mass to the coolant channels formed in the stator body respectively. There, the waste heat from the channels through the coolant flowing coolant is absorbed.
  • Statorzähne and applied to several of the stator windings. Particularly preferably, the procedure described above is applied to all the stator teeth present in the stator body and to all stator windings arranged on the stator teeth.
  • the first masking covers a surface portion of the stator body that radially outwardly bounds the space, which may have been partially or completely covered with the first plastic mass in step b), so that the surface portion in step d) not covered with the second plastic compound.
  • the first plastic compound can be used for the electrical insulation of the stator body.
  • the first masking keeps the volume required for forming a cooling channel free when fixing the stator windings by means of the second plastic compound.
  • the first masking is introduced into a radially outer end portion of the respective gap.
  • This region of the intermediate space is particularly suitable for generating a cooling channel, since in the region of the radially outer end section the stator windings generate a particularly large amount of waste heat.
  • the first masking fills the radially outer end section after insertion into the radially outer end section of the intermediate section. room completely.
  • the first masking lies at least in sections flat against the first plastic mass which bounds the radially outer end section.
  • the method comprises an additional method step e), according to which the first masking is removed from the intermediate space after the overmolding with the second plastic material.
  • the removal of the first masking gebil deterministic cavity forms a coolant channel for flowing through with a coolant.
  • the method comprises an additional method step f).
  • step f) the second plastic mass bounding a cavity or a coolant channel and, alternatively or additionally, the stator winding fixed to the stator tooth by means of the second plastic compound and, alternatively or additionally, a covered prior to removal of the first masking Surface section of the stator body is encapsulated with a third plastic compound. This is preferably done in such a way that the cavity or coolant channel after encapsulation with the third plastic mass is limited exclusively by the third or first plastic mass.
  • the encapsulation with the third plastic compound takes place after removal of the first masking. Any stator windings projecting from the second plastic compound are thus isolated from the coolant flowing through the coolant channel.
  • the coolant channel in question is therefore preferably used exclusively by the first or the third plastic mass. borders. Inadmissible electrical / mechanical contact of the stator windings or the stator body with the coolant is excluded in this way.
  • the encapsulation with the first or third plastic compound takes place in such a way that, after encapsulation, the cavity or coolant channel is no longer bounded directly by a stator winding and / or by the stator body at any point. Inadmissible electrical / mechanical contact of the stator windings with the coolant is excluded in this way.
  • a second masking is introduced into a radially inner end section of the intermediate space.
  • This region of the interspace also proves to be particularly advantageous for the generation of a cooling channel, since the stator windings generate particularly much waste heat in the region of the radially inner end section.
  • the second masking covers a surface portion of the two stator teeth which delimits the intermediate space radially inward and which may have been partially or completely covered with the first plastic compound in step b). In this way it is ensured that the surface portion is not covered in step d) with the second plastic compound.
  • At least two adjacent in the circumferential direction stator teeth of the stator provided in step a) each have at least one protruding from the stator in an end portion at least one protruding in the circumferential direction extension.
  • the two extensions of the circumferentially adjacent stator teeth lie opposite one another in the circumferential direction. In this way, the two limit Fort algebra to form a passage slot between the
  • Stator teeth formed gap radially inward partially.
  • the procedure described above is applied to a plurality of the stator teeth and to a plurality of the stator windings.
  • the procedure described above is applied to all of the stator teeth present in the stator body and to all stator windings arranged on the stator teeth.
  • the method may comprise a further additional method step e1).
  • this step e1) the second masking is removed from the passage slot after the encapsulation with the second plastic mass.
  • the cavity formed after removal of the second masking forms an additional coolant channel for passage through the coolant.
  • the method may comprise a further additional method step fl).
  • the additional method step fl the second plastic mass delimiting the additional coolant channel and, alternatively or additionally, the stator winding fixed on the stator tooth by means of the second plastic mass and, alternatively or additionally, prior to the removal of the second masking therefrom Covered surface portion of the stator teeth with a third plastic compound encapsulated.
  • this is done in such a way that the additional coolant channel after encapsulation with the third plastic mass K3 is limited exclusively by the third or first plastic mass K3, K1.
  • any stator windings projecting from the second plastic mass are thus insulated by the coolant flowing through the coolant channel.
  • the additional coolant channel is limited exclusively by the third plastic compound. Inadmissible electrical contact of the stator windings with the coolant is excluded in this way.
  • the encapsulation with the third plastic compound expediently takes place in such a way that, after encapsulation, the cavity or coolant channel is not limited at any point directly by the stator winding and / or by the stator body. Inadmissible electrical contact of the stator windings with the coolant is excluded in this way.
  • the second masking is designed such that it not only fills in the through slot formed between the two stator teeth adjacent in the circumferential direction, but additionally projects radially outwards into the remaining intermediate space between the two stator teeth.
  • the second masking additionally fills a radially inner end section of the intermediate space adjoining the passage slot.
  • the first and / or second masking proves to be particularly cost-effective and thus cost-effective if they are formed by a preferably plate-like or platelet-like insert, particularly preferably made of steel.
  • the method may comprise a further fol lowing, additional process step g), according to which encapsulation at least one outer peripheral side of the stator body, are encapsulated with a fourth plastic compound.
  • axially extending extensions with the fourth plastic compound are provided on the outer circumference of the stator body, from each of which axially threaded rods for attachment of a respective end shield protrude on the stator body.
  • axially opposite two end shields are fastened to the stator body by means of the overmolded threaded rods. This takes place in such a way that a first end shield closes off a first hollow space provided in the third and / or fourth plastic mass, which forms a coolant distributor and for this communicates fluidically with the existing cooling channels.
  • the fastening also takes place in such a way that a second bearing plate closes a second hollow space provided in the third and / or fourth plastic compound, which forms a coolant collector and for this purpose communicates fluidically with the existing cooling channels.
  • the two end shields may be formed in the type end plates, which face each other in the axial direction and axially extend the stator body. In one or both end shields, a recess may be provided which expand the cavity provided respectively in the third and fourth plastic mass.
  • the third plastic mass which limits the cooling channels directly, have a high coolant resistance, since it comes into direct contact with the coolant flowing through the respective coolant channel.
  • the second plastic mass in which the individual stator windings are arranged should have the highest possible thermal conductivity in order to effectively dissipate the heat produced by the stator windings.
  • thermosets are adjustable by the choice of material composition.
  • thermal conductivity of a thermoplastic may be equal to or greater than that of a thermoset and vice versa.
  • thermoplastics have various advantages over the use of thermosetting plastics. For example, thermoplastics are more recyclable due to the reversible forming process used in their processing, and have less brittleness and improved damping properties compared to thermosets. However, since thermoplastics are usually more expensive to procure than thermosets, thermoplasts must be used selectively.
  • the first and / or the second and / or the third and / or the fourth plastic mass comprises a thermoplastic or is a thermoplastic in order to exploit the above-mentioned advantages.
  • a further preferred embodiment provides that the first and / or the second / and / or the third and / or the fourth plastic compound comprises a thermoset or a thermoset, with which the above-mentioned cost advantages can be exploited.
  • the plastic material of the first, second and / or third, therefore plastic mass comprises a thermoset or is a thermosetting plastic.
  • the plastic material of the fourth plastic composition in this embodiment comprises a thermoplastic or is a thermoplastic. According to an advantageous development, the thermal conductivity of the fourth plastic mass is smaller than the thermal conductivity of the first, second and / or third plastic mass.
  • a coolant resistance of the third plastic compound is greater than the coolant resistance of the second or first plastic material.
  • the thermal conductivity of the first and the second plastic mass is greater than the thermal conductivity of the third th and the fourth plastic mass.
  • the plastic material of the first and second and third plastic mass comprises a thermoplastic or is a thermoplastic.
  • the plastic material of the fourth plastic compound is a thermoset of the first, second and third plastic mass of different thermosets.
  • the thermal conductivity of the fourth plastic mass is smaller than the thermal conductivity of the first and / or second and / or third plastic mass.
  • the strength of the fourth plastic mass is greater than the strength of the first and / or second and / or third plastic mass.
  • the plastic material of the second plastic mass is different from the plastic material of the fourth plastic mass.
  • a coolant resistance of the first and / or third plastic mass is greater than the coolant resistance of the second and / or fourth plastic mass.
  • the thermal conductivity of the first and / or third plastic mass is smaller than the thermal conductivity of the second plastic mass.
  • the strength of the fourth plastics material is greater than the strength of the first and / or second and / or third plastics material.
  • a third and / or first plastic mass which limits the layer thickness of the respective cooling channel is expediently at most 0.8 mm, preferably at most 0.3 mm.
  • the plastic materials of the first, second, third and fourth plastics materials comprise different thermoplastics or thermosets or comprise different thermoplastics or thermosets.
  • a coolant resistance of the first and / or third plastic mass is greater than a coolant resistance of the second plastic mass.
  • the thermal conductivity of the second plastic compound is greater than the thermal conductivity of the first and / or third and / or fourth plastic compound.
  • the strength of the fourth plastic mass is greater than the strength of the first and / or second and / or third plastic mass.
  • the method comprises two additional method steps h1, h2.
  • a coolant distributor space and a coolant collector space are provided on and / or in the stator, which channels via the at least one coolant channel and / or fluidically via the at least one additional coolant channel communicate with each other.
  • the coolant distribution chamber serves to distribute the coolant to the cooling channels, the coolant collector chamber to collect the coolant after flowing through the cooling channels.
  • the coolant manifold and the coolant reservoir space may be disposed in the axial extension of the stator body and opposed to each other along the axial direction.
  • the coolant distributor chamber and the coolant collector chamber can be arranged or formed at least partially in the second plastic compound.
  • the electrically conductive stator windings are usually already surrounded during their manufacture with an electrical insulation in order to prevent that when individual winding sections contact each other electrical short circuits are generated. However, it can not be guaranteed that after manufacture and assembly of the stator windings all these windings are continuously equipped with such insulation. According to the additional method step h2, therefore, the second plastic mass defining the coolant distributor space and / or the coolant collector space and / or the axial end sections of at least one stator winding, preferably all stator windings present in the stator, are encapsulated and / or sprayed with an electrically insulating insulating material.
  • an electrically insulating varnish is used for this purpose.
  • a plastics material in particular the third plastics material and / or the fourth plastics material. In this way, an undesired electrical short circuit of the existing in the coolant distribution chamber or in the coolant collecting space coolant can be prevented with the electrically conductive stator windings.
  • the overmolding or spraying according to step h2) takes place in such a way that neither the second plastic compound nor the axial end sections of the at least one stator winding, preferably all the stator windings, immediately delimit the coolant distributor chamber or the coolant collector chamber after encapsulation or spraying. In this way, an undesired electrical connection of the electrically conductive stator windings with the coolant distributing space or coolant collecting space existing coolant is excluded.
  • step d) of the method or offset in time ie before the execution of step d) or after the execution of step d)
  • the axial end portions of the at least one stator winding by means of a plastic material, preferably by means of the second plastic material , fixed on the at least one stator tooth.
  • the invention further relates to a stator which has been produced by means of the method explained above.
  • the above-explained advantages of the method according to the invention are therefore also transferred to the stator according to the invention.
  • the invention further relates to an electric machine with the above-mentioned stator, which is thus produced by means of the method according to the invention.
  • the above-explained advantages of the method according to the invention are therefore also transferred to the electric machine according to the invention.
  • the electric machine comprises not only the stator but also a rotor which is rotatable relative to the stator about a rotation axis.
  • each schematically: 1 a, b show a stator provided in step a) of the method in different representations
  • FIG. 1a shows a perspective view of a stator 1 with a ring-shaped stator body 2, which is provided in step a) of the method according to the invention.
  • stator teeth 2 spaced from each other along a circumferential direction U of the annular stator body 2, are arranged radially inwardly away from the stator body 2 to accommodate stator windings (not shown in FIG. 1).
  • FIG. 1 b shows a detailed representation of the stator body 2 of FIG. 1 a in a detailed representation in the region of two in the circumferential direction U adjacent stator teeth 3 and in a plan view along an axial direction A, which extends along a central longitudinal axis M of the stator 2 and thus perpendicular to the circumferential direction U extends.
  • a radial direction R extends perpendicularly from the central longitudinal axis and thus extends orthogonal to both the axial direction A and the circumferential direction U.
  • Each stator tooth 3 can have an extension 12a, 12b projecting from the stator tooth 3 in the circumferential direction U as well as an opposite direction to the circumferential direction U, so that in each case two extensions 12a opposite one another in the circumferential direction U , 12b of two adjacent in the circumferential direction U stator teeth 3, the intermediate space 4 while forming a passage slot 13 radially inwardly partially zen.
  • FIGS. 2 a and 2 b show the stator body 2 after carrying out the method step b) in a representation corresponding to FIGS. 1 a and 1 b.
  • FIG. 2 c shows a detail of FIG. 2 a of a plurality of adjacent stator teeth 3.
  • a first masking 6a is introduced into a radially outer end section 10a of the intermediate spaces 4 between the two stator teeth 3.
  • the first masking 6a completely fills the radially outer end portion 10a.
  • the first masking 6a may cover a surface section 7 of the stator body 2 that radially bounds the gap 4 and that partially or completely covers the first plastic mass K1 in step b) may have been. In this way it is prevented that the surface section is covered in the later to be executed step d) with the second plastic mass K2.
  • stator windings 5 are arranged on the stator teeth 3. This is shown in a rough schematic form in FIGS. 3 a, 3 b and 3 c, which shows the stator body 2 after carrying out the method step c) in a representation corresponding to FIGS. 2 a, 2 b and 2 c.
  • step d) the stator windings 5 are fixed on the stator teeth 3 by at least partial encapsulation with a second plastic compound K2.
  • a second plastic compound K2 This is shown in a rough schematic form in FIGS. 4a, 4b and 4c, which shows the stator body 2 in a representation corresponding to FIGS. 3a, 3b and 3c.
  • the volume filled in by the first masks 6a remains free of second plastic mass K2, as explained above.
  • the first masking 6a cover a surface portion 7 of the stator body 2 that bounds the gap 4 radially on the outside and that may have been covered at least partially or completely with the first plastic mass K1 in step b).
  • a second masking 6b can also be introduced into a radially inner end section 10b of the respective intermediate space 4.
  • the cooling channel 9 'during encapsulation according to step d) free from the second plastic mass K2.
  • the second masks 6b may each have a surface portion 7 'of the two stator teeth 3 which radially adjoins the intermediate space 4 and may have been partially or completely covered with the first plastic mass K1 in step b). cover.
  • the surface portion 7 'in step d) is not covered with the second plastic mass K2.
  • the second masks 6b can also be removed again from the through-slots 13 after encapsulation with the second plastic mass K2, so that cavities 8 'formed after the removal of the respective second mask 6b have a respective form additional coolant channel 9 'to flow through with the coolant.
  • step f) the second plastic mass K2 bounding the cavity 8 or coolant channel 9, the stator windings 3 fixed to the stator teeth 2 by means of the second plastic mass K2, and the surface portions covered by the first maskings 6a before the removal of the first masks 6a 7 of the stator 2 with a third plastic compound K3 injected.
  • the method step f) is carried out after the removal of the first masks 6a.
  • the encapsulation with the third plastic compound K3 in the course of step f) preferably takes place in such a way that the cavities 8 or coolant channels 9 are limited exclusively by the third or first plastic mass K3, K1 after encapsulation with the third plastic mass K3.
  • the cavities 8 or coolant channels 9 formed are bounded exclusively by the first or third plastic mass K1, K3, so that the desired electrical insulation of the stator body 2 with respect to the coolant flowing through the coolant channels 9 is ensured.
  • the additional coolant channels 9 ' are delimited exclusively by the third and first plastic masses K3, K1.
  • the second plastic mass K2 delimiting the additional coolant channels 9 ', the stator windings 5 fixed to the stator teeth 3 by means of the second plastic mass K2, and the surface sections 7' of the stator teeth 3 covered by these before removing the second masks 6b a third plastic mass K3 be encapsulated. The encapsulation takes place in such a way that the additional coolant channels 9 'after encapsulation with the third plastic mass K3 are limited exclusively by the third and first plastic mass K3, K1.
  • the additional coolant channels 9 ' are limited exclusively by the first or third plastic compound K3. It is possible, in particular, that the additional coolant channels 9 'are delimited exclusively by the third plastic compound K3.
  • the encapsulation with the third plastic compound K3 is particularly expedient in such a way that after encapsulation the cavities 8, 8 'or the coolant channels 9, 9' are not bounded directly by the stator windings or the stator body 2 at any point.
  • at least one outer circumferential side 16 of the stator body 2 can be overmolded with a fourth plastic compound K4. This is shown in FIGS. 6a and 6b, whose representations correspond to FIGS. 5a and 5b. As shown in FIGS.
  • axially extending extensions 18 can be provided on the outer circumferential side 16 of the stator body 2, from each of which axial ends threaded rods 19 for fastening a respective end shield on Stand up stator body 2 and also be overmoulded with the fourth plastic compound K4.
  • two bearing shields can be fastened on the stator body.
  • FIGS. 7a and 7b In both variants, closed, so that a first end shield 20a one in the third and fourth art Substance mass K3, K4 provided first cavity 21 a, which forms ahariffenvertei- ler 22a and this fluidly communicates with the present in the stator 1 cooling channels 9, 9 '.
  • a second bearing plate (not shown) closes a second cavity (not shown) formed in the third and fourth plastic masses K3, K4, which forms a coolant collector (not shown) and for this purpose communicates fluidically with the cooling channels 9, 9 'formed in the stator 1.
  • the two bearing shields lie opposite one another according to FIGS. 7 a and 7 b along the axial direction A and bound the stator body 2 of the stator 1 axially.
  • the coolant distributor 22 a and the coolant collector each have a u-shaped geometry which partitions a respective axial end section 23 of the stator windings 5 in the axial extension and radially outside and radially inside - surrounded by.
  • the coolant distributor 22a and the coolant collector each have an I-shaped geometry which partially surrounds a respective axial end section of the stator windings 5 in the axial extension and radially outward.
  • the first and the second masks 6a, 6b can each be formed into a plate-like or plate-like insert 17a, 17b, preferably made of a steel.
  • the plastic material of the first and second and third plastic masses K1, K2, K3 comprises the same thermosets or consists of the same thermoset material.
  • the plastic material of the fourth plastic mass K4 is a thermoplastic different from the thermoset of the first, second and third plastic compounds.
  • the thermal conductivity of the fourth plastic mass K4 in this variant is smaller than the thermal conductivity of the first, second and third plastic masses K1, K2, K3.
  • the strength of the fourth plastic mass K4 is greater than the strength of the first, second and third plastic masses K1, K2, K3.
  • the plastic material of the first and third plastic masses K1, K3 comprises the same thermosets or consists of the same thermosets, whereas it is different from the plastic material of the second and fourth plastic masses K2, K4.
  • the plastic material of the second plastic mass K2 is different from the plastic material of the fourth plastic mass K4.
  • a coolant resistance of the first and third plastic masses K1, K3 is in each case greater than a coolant resistance of the second plastic mass K2.
  • the thermal conductivity of the first and third plastic masses K1, K3 is always smaller than the thermal conductivity of the second plastic mass K2.
  • the strength of the fourth plastic mass K4 is greater than the strength of the first, second and third plastic masses K1, K2, K3.
  • a layer thickness of the third and first plastic mass K3, K1 in this variant of the example is at most 0.8 mm, preferably at most 0.3 mm.
  • a coolant resistance of the first and third plastic masses K1, K3 is in each case greater than a coolant resistance of the second and the fourth plastic mass K2, K4.
  • the thermal conductivity of the second plastic mass K2 is greater than the planteleitfä- ability of the first, third and / or fourth plastic mass K1, K3, K4.
  • the strength of the fourth plastic mass K4 is greater than the strength of the first and / or second and / or third plastic mass K1, K2, K3.
  • the second plastic mass K2 which initially delimits the coolant distributor chamber 22a and also the coolant collector chamber 22b, can be overmoulded with an electrically insulating insulating material and / or sprayed.
  • axial end sections of the stator windings 6, which can protrude on both sides from the respective intermediate space 4 along the axial direction A, can be overmolded and / or sprayed with the electrically insulating insulation material.
  • an electrically insulating varnish is used for this purpose.
  • Spraying takes place in such a way that neither the second plastic compound K2 nor the axial end sections of the stator windings 5 immediately delimit the coolant distributor chamber 22a or the coolant collector chamber 22b after the encapsulation or spraying. In this way, an undesired electrical connection of the electrically conductive stator windings 6 with the coolant distributor space 22a or coolant collecting chamber 22b is excluded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators (1) für eine elektrische Maschine, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Stators (1), der einen ringförmigen Statorkörper (2) umfasst, von welchem radial nach innen mehrere, entlang einer Umfangsrichtung (U) des Statorkörpers (2) beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne (3) zur Aufnahme von Statorwicklungen (5) abstehen, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (3) jeweils ein Zwischenraum (4) ausgebildet wird, b) Zumindest teilweises Umspritzen zumindest zweier in Umfangsrichtung (U) benachbarter Statorzähne (3) mit einer ersten Kunststoffmasse (K1), c) Anordnen zumindest einer Statorwicklung (5) auf wenigstens einem Statorzahn (3), d) Fixieren der zumindest einen Statorwicklung (5) auf dem wenigstens einen Statorzahn (3) durch zumindest teilweises Umspritzen dieser Statorwicklung mit einer zweiten Kunststoffmasse (K2), dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse (K1) gemäß Schritt b) und vor dem Fixieren der zumindest einen Statorwicklung (5) gemäß Schritt d) in dem Zwischenraum (4) zwischen den beiden Statorzähnen (3) eine (erste) Maskierung (6a) eingebracht wird, so dass das von der (ersten) Maskierung (6a) ausgefüllte Volumen des Zwischenraums (4) zur Ausbildung eines Kühlkanals (9) beim Umspritzen gemäß Schritt d) frei von der zweiten Kunststoffmasse (K2) bleibt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektri sche Maschine. Die Erfindung betrifft ferner einen Stator, der mittels dieses Ver- fahrens hergestellt ist, sowie eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator.
Typischerweise umfassen herkömmliche Statoren für elektrische Maschinen Statorwicklungen, die im Betrieb der Maschine elektrisch bestromt werden. Bei ei- ner derartigen elektrischen Maschine kann es sich allgemein um einen Elektromo- tor oder um einen Generator handeln. Die elektrische Maschine kann als Außen- läufer oder als Innenläufer ausgebildet sein. Im Betrieb der Maschine entsteht Wärme, die zur Vermeidung einer Überhitzung und einer damit verbundenen Be- schädigung oder gar Zerstörung des Stators abgeführt werden muss. Hierzu ist es aus herkömmlichen Statoren bekannt, diese mit einer Kühlung zum Kühlen des Stators - insbesondere besagter Statorwicklungen - auszustatten. Eine solche Kühlung umfasst einen oder mehrere Kühlkanäle, die von einem Kühlmittel durch- strömt werden und in der Nähe der Statorwicklungen im Stator angeordnet sind. Durch Wärmeübertragung von den Statorwicklungen auf das Kühlmittel kann Wärme vom Stator abgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Überhitzung der Statorwicklungen und, damit verbunden, eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Stators vermieden werden.
Um die Herstellungskosten für die Bereitstellung der oben erwähnten Kühlkanäle gering zu halten, ist es bekannt, die den Statorkörper bildenden Blechpakete des Stators einschließlich der die Statorwicklungen tragenden Statorzähne mit einer Kunststoffmasse zu umspritzen und im Zuge des Spritzvorgangs in der Kunst- stoffmasse besagte Kühlkanäle zu erzeugen. Im Zuge des Umspritzens können die auf die Statorzähne gewickelten Statorwicklungen dauerhaft auf dem Stator fi xiert werden. Als problematisch erweist sich in diesem Zusammenhang, dass beim Umspritzen des Statorkörpers und der auf den Statorzähnen angeordneten Wicklungen nicht garantiert werden kann, dass die elektrisch leitend ausgebildeten Wicklungen nicht am - ebenfalls elektrisch leitenden - Statorkörper anliegen, welcher typischer- weise durch aufeinandergestapelte, elektrisch leitende Blechformteile gebildet werden. Die damit einhergehende elektrische Verbindung zwischen Statorwick- lungen und Statorkörper bewirkt aber einen unerwünschten elektrischen Kurz- schluss.
Dies gilt auch für den in der Praxis üblichen Fall, dass die Statorwicklungen bereits mit einer elektrischen Isolierung gefertigt werden, da diese im Betrieb der elektri- schen Maschine aufgrund von hohen Temperaturen, die von dem durch die starke Verwicklungen hindurchströmenden elektrischen Strom hervorgerufen werden können, zumal es teilweise beschädigt oder gar zerstört werden können.
Ebenso kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Statorwicklungen nach dem Erzeugen der Kühlkanäle durch den Spritzgussvorgang mit Kunststoffmasse nicht in die Kühlkanäle hineinragen. Für den Fall, dass die voranstehend erwähnte elektrische Isolation der Starterwicklungen beschädigt oder gar zerstört ist, können die Statorwicklungen in direkten Kontakt mit dem durch die Kühlkanäle geführten Kühlmittel geraten, was vermieden werden muss, um eine elektrische Verbindung der Statorwicklungen mit dem Kühlmittel zu vermeiden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstel- lungsverfahren zum Fierstellen eines Stators mit Kühlkanälen zu schaffen, bei welchem die voranstehend genannten Nachteile weitgehend oder sogar vollstän- dig behoben sind.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Pa- tentansprüche. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektri- sche Maschine umfasst einen ersten Schritt a). Gemäß Schritt a) wird ein Stator bereitgestellt, der einen ringförmigen Statorkörper umfasst, von welchem wiede- rum radial nach innen mehrere, entlang einer Umfangsrichtung beabstandet zuei- nander angeordnete Statorzähne zur Aufnahme von Statorwicklungen abstehen. Zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen wird jeweils ein Zwischenraum, die sogenannte Stator-Nut, ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Schritt b) werden zumindest zwei in Umfangsrichtung be- nachbarter Statorzähne zumindest teilweise mit einer ersten Kunststoffmasse um- spritzt. Auf diese Weise wird zusätzlich sichergestellt, dass die noch auf die Statorzähne zu wickelnden Statorwicklungen nach dem Wicklungsvorgang elektrisch gegenüber den elektrisch leitenden Starorzähnen isoliert sind. Bevor- zugt werden daher die den Zwischenräumen zugewandten Umfangsseiten des Statorzahns umspritzt.
Gemäß einem weiteren Schritt c) wird zumindest eine Statorwicklung auf wenigs- tens einem Statorzahn angeordnet. Dieser Vorgang entspricht dem Wickeln der Statorwicklungen auf die Statorzähne. Die Statorwicklungen können als kon- zentrierte oder verteilte Statorwicklungen realisiert werden. In Ersterem Fall ist auf einem Starter jeweils Gemäß einem weiteren Schritt d) wird diese zumindest eine Statorwicklung auf dem Statorzahn durch zumindest teilweises Umspritzen dieser Statorwicklung mit einer zweiten Kunststoffmasse fixiert, also dauerhaft befestigt.
Erfindungsgemäß wird nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse ge- mäß Schritt b) und vor dem Fixieren der zumindest einen Statorwicklung gemäß Schritt d) in den Zwischenraum (zwischen den beiden Statorzähnen eine erste Maskierung eingebracht wird. Dies geschieht derart, dass das von der ersten Maskierung ausgefüllte Volumen des Zwischenraums zur Ausbildung eines Kühl- kanals beim Umspritzen gemäß Schritt d) frei von der zweiten Kunststoffmasse bleibt. Die Kühlung der Statorwicklungen kann somit bei einem mittels des hier vorge- stellten Verfahrens hergestellten Stator durch Transport von in den Statorwicklun- gen, insbesondere in deren axialen Endabschnitten, erzeugter Abwärme durch die erste, zweite und/oder dritte Kunststoffmasse zu den im Statorkörper gebildeten Kühlmittelkanälen erfolgen. Dort wird die Abwärme von dem durch die Kühlmittel kanäle strömenden Kühlmittel aufgenommen wird.
Bevorzugt wird das vorangehend beschriebene Vorgehen auf mehrere der
Statorzähne und auf mehrere der Statorwicklungen angewandt. Besonders bevor- zugt wird das vorangehend beschriebene Vorgehen auf alle im Statorkörper vor- handenen Statorzähne und auf alle auf den Statorzähnen angeordnete Statorwick- lungen angewandt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens deckt die erste Maskierung einen den Zwischenraum radial außen begrenzenden Oberflächenabschnitt des Statorkörpers, der in Schritt b) teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse bedeckt worden sein kann, ab, so dass der Ober- flächenabschnitt in Schritt d) nicht mit der zweiten Kunststoffmasse bedeckt wird. Somit kann die erste Kunststoffmasse für die elektrische Isolation des Statorkör- pers verwendet werden. Gleichzeitig hält die erste Maskierung den zur Ausbildung eines Kühlkanals erforderliche Volumen beim Fixieren der Statorwicklungen mit- tels der zweiten Kunststoffmasse frei.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Maskierung in einen radial äußeren Endabschnitt des betreffenden Zwischenraums eingebracht. Dieser Bereich des Zwischenraums eignet sich besonders zur Erzeugung eines Kühlka- nals, da im Bereich des radial äußeren Endabschnitts die Statorwicklungen be- sonders viel Abwärme erzeugen.
Besonders zweckmäßig füllt die erste Maskierung den radial äußeren Endab- schnitt nach dem Einbringen in den radial äußeren Endabschnitt des Zwischen- raums vollständig aus. Besonders bevorzugt liegt die erste Maskierung dabei zu- mindest abschnittsweise flächig an der den radial äußeren Endabschnitt begren- zenden ersten Kunststoffmasse an.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren einen zusätzli- chen Verfahrensschritt e), gemäß welchem die erste Maskierung nach dem Um- spritzen mit der zweiten Kunststoffmasse wieder aus dem Zwischenraum entfernt wird. Auf diese Weise bildet ein nach dem Entfernen der ersten Maskierung gebil deter Hohlraum einen Kühlmittelkanal zum Durchströmen mit einem Kühlmittel aus.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ei- nen zusätzlichen Verfahrensschritt f). Gemäß Schritt f) wird die einen Hohlraum bzw. einen Kühlmittelkanal begrenzende zweite Kunststoffmasse sowie - alterna- tiv oder zusätzlich - die mittels der zweiten Kunststoffmasse am Statorzahn fixier- te Statorwicklung sowie - alternativ oder zusätzlich - ein vor dem Entfernen der ersten Maskierung von dieser abgedeckter Oberflächenabschnitt des Statorkör- pers mit einer dritten Kunststoffmasse umspritzt. Dies geschieht bevorzugt derart, dass der Hohlraum bzw. Kühlmittelkanal nach dem Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse ausschließlich von der dritten oder ersten Kunststoffmasse be- grenzt wird.
Zweckmäßig erfolgt das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse nach dem Entfernen der ersten Maskierung. Etwaig aus der zweiten Kunststoffmasse her- ausragende Statorwicklungen werden auf diese Weise von dem durch den Kühl- mittelkanal strömenden Kühlmittel isoliert. Bevorzugt kann mit mehreren der vor- handenen Hohlräume bzw. Kühlmittelkanäle derart verfahren werden. Besonders bevorzugt kann mit allen der vorhandenen Hohlräume bzw. Kühlmittelkanäle der- art verfahren werden.
Bevorzugt wird der betreffende Kühlmittelkanal nach Ausführung von Schritt f) somit ausschließlich von der ersten oder von der dritten Kunststoffmasse be- grenzt. Ein unzulässiger elektrischer/mechanischer Kontakt der Statorwicklungen oder des Statorkörpers mit dem Kühlmittel wird auf diese Weise ausgeschlossen.
Besonders bevorzugt erfolgt das Umspritzen mit der ersten oder dritten Kunst- stoffmasse derart, dass nach dem Umspritzen der Hohlraum bzw. Kühlmittelkanal an keiner Stelle mehr unmittelbar von einer Statorwicklung und/oder von dem Statorkörper begrenzt wird. Ein unzulässiger elektrischer/mechanischer Kontakt der Statorwicklungen mit dem Kühlmittel wird auf diese Weise ausgeschlossen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse gemäß Schritt b) und vor dem Fixieren der zumin- dest einen Statorwicklung gemäß Schritt d) in einen radial inneren Endabschnitt des Zwischenraums eine zweite Maskierung eingebracht. Auf diese Weise wird si- chergestellt, dass das von der zweiten Maskierung ausgefüllte Volumen des Zwi- schenraums zur Ausbildung eines zusätzlichen Kühlkanals beim Umspritzen ge- mäß Schritt d) frei von der zweiten Kunststoffmasse bleibt. Auch dieser Bereich des Zwischenraums erweist sich als besonders vorteilhaft für die Erzeugung eines Kühlkanals, da im Bereich des radial inneren Endabschnitts die Statorwicklungen besonders viel Abwärme erzeugen.
Besonders bevorzugt deckt die zweite Maskierung einen den Zwischenraum radial innen begrenzenden Oberflächenabschnitt der beiden Statorzähne ab, der in Schritt b) teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse bedeckt wor- den sein kann. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Oberflächenabschnitt in Schritt d) nicht mit der zweiten Kunststoffmasse bedeckt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen zumindest zwei in Umfangs- richtung benachbarte Statorzähne des in Schritt a) bereitgestellten Statorkörpers jeweils an einem vom Statorkörper abgewandten Endabschnitt zumindest einen in der Umfangsrichtung abstehenden Fortsatz auf. Bei dieser Ausführungsform lie gen, die beiden Fortsätze der in Umfangsrichtung benachbarten Statorzähne ei- nander in der Umfangsrichtung gegenüber. Auf diese Weise begrenzen die beiden Fortsätze unter Ausbildung eines Durchgangsschlitzes den zwischen den
Statorzähnen gebildeten Zwischenraum radial innen teilweise.
Bevorzugt wird das vorangehend beschriebene Vorgehen auf mehrere der Statorzähne und auf mehrere der Statorwicklungen angewandt. Besonders bevor- zugt wird das vorangehend beschriebene Vorgehen auf alle der im Statorkörper vorhandenen Statorzähne und auf alle auf den Statorzähnen angeordnete Stator- wicklungen angewandt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren einen weiteren zusätzlichen Verfahrensschritt e1 ) umfassen. Gemäß diesem Schritt e1 ) wird die zweite Maskierung nach dem Umspritzen mit der zweiten Kunststoffmas- se, aus dem Durchgangsschlitz entfernt. Somit bildet der nach dem Entfernen der zweiten Maskierung entstehende Hohlraum einen zusätzlichen Kühlmittelkanal zum Durchströmen mit dem Kühlmittel aus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren einen wei- teren zusätzlichen Verfahrensschritt fl ) umfassen. Gemäß dem zusätzlichen Ver- fahrensschritt fl ) wird die den zusätzlichen Kühlmittelkanal begrenzende zweite Kunststoffmasse sowie - alternativ oder zusätzlich - die mittels der zweiten Kunst- stoffmasse am Statorzahn fixierten Statorwicklung sowie - alternativ oder zusätz- lich - der vor dem Entfernen der zweiten Maskierung von dieser abgedeckte Ober- flächenabschnitts der Statorzähne mit einer dritten Kunststoffmasse umspritzt. Bei dieser Weiterbildung erfolgt dies derart, dass der zusätzliche Kühlmittelkanal nach dem Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse K3 ausschließlich von der dritten oder ersten Kunststoffmasse K3, K1 begrenzt wird.
Etwaig aus der zweiten Kunststoffmasse herausragende Statorwicklungen werden auf diese Weise von dem durch den Kühlmittelkanal strömenden Kühlmittel iso- liert. Besonders bevorzugt wird der zusätzliche Kühlmittelkanal ausschließlich von der dritten Kunststoffmasse begrenzt. Ein unzulässiger elektrischer Kontakt der Statorwicklungen mit dem Kühlmittel wird auf diese Weise ausgeschlossen.
Zweckmäßig erfolgt das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse derart, dass nach dem Umspritzen der Hohlraum bzw. Kühlmittelkanal an keiner Stelle unmit- telbar von der Statorwicklung und/oder von dem Statorkörper begrenzt wird. Ein unzulässiger elektrischer Kontakt der Statorwicklungen mit dem Kühlmittel wird auf diese Weise ausgeschlossen.
Vorzugsweise ist die zweite Maskierung derart ausgebildet, dass sie nicht nur den zwischen den beiden in Umfangsrichtung benachbarten Statorzähnen gebildeten Durchgangsschlitz ausfüllt, sondern zusätzlich nach radial außen in den verblei- benden Zwischenraum zwischen den beiden Statorzähnen hineinragt. Die zweite Maskierung füllt bei dieser Variante zusätzlich einen sich an den Durchgangs- schlitz anschließenden, radial inneren Endabschnitt des Zwischenraums aus.
Als besonders herzustellen und somit kostengünstig erweisen sich die erste und/oder zweite Maskierung wenn diese durch einen, vorzugsweise plattenartig oder plättchenartig ausgebildeten Einsatz, besonders bevorzugt aus Stahl, gebil- det werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verfahren einen weiteren fol genden, zusätzlichen Verfahrensschritt g) umfassen, gemäß welchem Umspritzen zumindest eine Außenumfangsseite des Statorkörpers, mit einer vierten Kunst- stoffmasse umspritzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden beim Umspritzen gemäß Schritt g) auch auf der Außenumfangsseite des Statorkörpers vorgesehene, sich axial er- streckende Fortsätze mit der vierten Kunststoffmasse umspritzt, von welchen axial endseitig jeweils Gewindestangen zur Befestigung eines jeweiligen Lagerschildes am Statorkörper abstehen. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden in einem zusätzli- chen Verfahrensschritt mittels der umspritzten Gewindestangen axial gegenüber- liegend zwei Lagerschilde am Statorkörper befestigt. Dies geschieht derart, dass ein erstes Lagerschild einen in der dritten und/oder vierten Kunststoffmasse vor- gesehenen ersten Hohlraum verschließt, der einen Kühlmittelverteiler bildet und hierzu fluidisch mit den vorhandenen Kühlkanälen kommuniziert. Das Befestigen geschieht außerdem derart, dass ein zweites Lagerschild einen in der dritten und/oder vierten Kunststoffmasse vorgesehenen zweiten Hohlraum verschließt, der einen Kühlmittelsammler bildet und hierzu fluidisch mit den vorhandenen Kühlkanälen kommuniziert. Die beiden Lagerschilde können in der Art Endplatten ausgebildet sein, die einander in der axialen Richtung gegenüberliegen und den Statorkörper axial verlängern. In einem oder in beiden Lagerschilde kann eine Ausnehmung vorgesehen sein, welche den jeweils in der dritten bzw. vierten Kunststoffmasse vorgesehenen Hohlraum erweitern.
Im Folgenden werden verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen betreffend die Materialeigenschaften der verschiedenen Kunststoffmassen vorgestellt. Betreffend die gewünschten Materialeigenschaften ist zu beachten, dass grundsätzlich Kunststoffmassen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Festigkeit und hoher Kühl mittelbeständigkeit gewünscht wären. Kunststoffe mit all diesen Materialeigen- schaften sind jedoch sehr teuer. Daher werden im folgenden Materialkombination erläutert, er weiche die jeweilige Kunststoffmasse nur Materialeigenschaften be- sitzt, die zur Erfüllung der jeweiligen Funktion erforderlich sind. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, dass die vierte Kunststoffmasse, die nur außen am Stadttor vorgesehen ist und eine Gehäusefunktion erfüllt, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die vierte Kunststoffmasse eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Demgegenüber soll die dritte Kunststoffmasse, welche die Kühlkanäle unmittelbar begrenzt, eine hohe Kühlmittelbeständigkeit aufweisen, da sie mit dem durch den jeweiligen kühlkanalströmenden Kühlmittel direkt in Kontakt kommt. Entsprechendes gilt für die erste Kunststoffmasse, wel- che ebenfalls die Kühlkanäle begrenzen und somit mit dem Kühlmittel in Kontakt gelangen kann. Die zweite Kunststoffmasse, in welcher die einzelnen Statorwick- lungen angeordnet sind, soll eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die von den Statorwicklungen produzierte Wärme effektiv abführen zu können.
Die thermische Leitfähigkeit von sowohl Duroplasten als auch Thermoplasten ist durch die Wahl der Werkstoffzusammensetzung einstellbar. Somit kann die ther- mische Leitfähigkeit eines Thermoplasts gleich oder größer sein als die eines Duroplasten et vice versa. Ein Einsatz von Thermoplasten weist diverse Vorteile gegenüber dem Einsatz von Duroplasten auf. Beispielsweise sind Thermoplaste infolge des bei ihrer Verarbeitung angewandten reversiblen Formgebungsprozes- ses besser recyclebar bzw. weisen im Vergleich zu Duroplasten eine geringere Sprödheit und verbesserte Dämpfungseigenschaften auf. Da Thermoplasten je- doch gewöhnlich teurer in der Beschaffung sind als Duroplasten, gilt es Thermo- plaste selektiv einzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste und/oder die zweite und/oder die dritte und/oder die vierte Kunststoffmasse einen Thermoplasten oder ist ein Thermoplast, um oben genannte Vorteile auszunutzen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die erste und/oder die zweite /und/oder die dritte und/oder die vierte Kunststoffmasse einen Duroplasten umfasst oder ein Duroplasten, womit die oben genannten Kostenvorteile ausnutz- bar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kunststoffmate- rial der ersten, zweiten und/oder dritten daher Kunststoffmasse einen Duroplasten oder ist ein Duroplast. Demgegenüber umfasst das Kunststoffmaterial der vierten Kunststoffmasse bei dieser Ausführungsform einen Thermoplasten oder ist ein Thermoplast. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmeleitfähigkeit der vierten Kunststoffmasse kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der ersten, zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Kühlmittelbeständigkeit der dritten Kunststoffmasse größer als die Kühlmittelbeständigkeit der zweiten o- der ersten Kunststoffmasse.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmeleitfähigkeit der ersten und der zweiten Kunststoffmasse größer als die Wärmeleitfähigkeit der drit ten und der vierten Kunststoffmasse.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kunststoffmate- rial der ersten und zweiten und dritten Kunststoffmasse einen Thermoplast oder ist ein Thermoplast. Demgegenüber ist bei dieser Ausführungsform das Kunststoff- material der vierten Kunststoffmasse ein vom Thermoplast der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmasse verschiedener Duroplast.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wärmeleitfähigkeit der vierten Kunststoffmasse kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausfüh- rungsform die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse größer als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kunststoffma- terial der ersten und der dritten Kunststoffmasse denselben Thermoplasten oder besteht aus demselben Thermoplasten, wohingegen es vom Kunststoffmaterial der zweiten und des vierten Kunststoffmasse verschieden ist. Bei dieser Ausfüh- rungsform ist das Kunststoffmaterial der zweiten Kunststoffmasse vom Kunst- stoffmaterial der vierten Kunststoffmasse verschieden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Kühlmittelbeständigkeit der ers- ten und/oder dritten Kunststoffmasse größer ist als die Kühlmittelbeständigkeit der zweiten und/oder vierten Kunststoffmasse. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Weiterbildung die Wärmeleitfähigkeit der ersten und/oder dritten Kunststoffmasse kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse. Alternativ oder zu- sätzlich ist Bei dieser Weiterbildung die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse größer als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoff- masse.
Zweckmäßig beträgt eine die Schichtdicke der den jeweiligen Kühlkanal begren- zenden dritten und/oder ersten Kunststoffmasse höchstens 0,8 mm, vorzugsweise höchstens 0,3 mm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Kunststoffma- terialien der ersten, zweiten, dritten und vierten Kunststoffmasse unterschiedliche Thermoplasten oder Duroplasten umfassen oder bestehen aus unterschiedlichen Thermoplasten oder Duroplasten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Kühlmittelbeständigkeit der ers- ten und/oder dritten Kunststoffmasse größer als eine Kühlmittelbeständigkeit der zweiten Kunststoffmasse. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Weiterbildung die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse größer als die Wärmeleitfä- higkeit der ersten und/oder dritten und/oder vierten Kunststoffmasse. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Weiterbildung die Festigkeit der vierten Kunststoff- masse größer als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zwei zusätzliche Verfahrensschritte h1 , h2. Gemäß dem zusätzlichen Verfahrensschritt h1 werden ein Kühlmittelverteilerraum und ein Kühlmittelsammlerraum am und/oder im Stator bereitgestellt, welche über den wenigstens einen Kü hl mittel ka- nale und/oder über den wenigstens einen zusätzlichen Kühlmittelkanal fluidisch miteinander kommunizieren. Der Kühlmittelverteilerraum dient zum Verteilen des Kühlmittels auf die Kühlkanäle, der Kühlmittelsammlerraum zum Sammeln des Kühlmittels nach dem Durchströmen der Kühlkanäle. Der Kühlmittelverteiler und der Kühlmittelsammlerraum können in der axialen Verlängerung des Statorkörpers angeordnet sein und einander entlang der axialen Richtung gegenüberliegend.
Der Kühlmittelverteilerraum und der Kühlmittelsammlerraum können zumindest teilweise in der zweiten Kunststoffmasse angeordnet bzw. ausgebildet sein. Zwar werden die elektrisch leitenden Statorwicklungen üblicherweise bereits bei ihrer Herstellung mit einer elektrischen Isolation umgeben, um zu verhindern, dass bei Kontakt einzelner Wicklungsabschnitte miteinander elektrische Kurzschlüsse er- zeugt werden. Jedoch kann nicht sichergestellt werden, dass nach Fertigung und Montage der Statorwicklungen alle diese Wicklungen durchgehend mit einer sol- chen Isolation ausgestattet sind. Gemäß dem zusätzlichen Verfahrensschritt h2 werden daher die den Kühlmittelverteilerraum und/oder den Kühlmittelsammler- raum begrenzende zweite Kunststoffmasse und/oder die axialen Endabschnitte wenigstens einer Statorwicklung, vorzugsweise alle im Stator vorhandenen Statorwicklungen, mit einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial umspritzt und/oder besprüht. Bevorzugt wird hierfür ein elektrisch isolierender Lack verwen- det. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch eine Kunststoffmasse, insbesonde- re die dritte Kunststoffmasse und/oder die vierte Kunststoffmasse, verwendet wer- den. Auf diese Weise kann ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss des im Kühlmittelverteilerraum bzw. im Kühlmittelsammlerraum vorhandenen Kühlmittels mit den elektrisch leitenden Statorwicklungen verhindert werden.
Besonders erfolgt das Umspritzen bzw. Besprühen gemäß Schritt h2) derart, dass nach dem Umspritzen bzw. Besprühen weder die zweite Kunststoffmasse noch die axialen Endabschnitte der wenigstens einen Statorwicklung, vorzugsweise al- ler Statorwicklungen, den Kühlmittelverteilerraum oder den Kühlmittelsammler- raum unmittelbar begrenzen. Auf diese Weise wird eine unerwünschte elektrische Verbindung der elektrisch leitenden Statorwicklungen mit dem im Kühlmittelvertei- lerraum bzw. Kühlmittelsammlerraum vorhanden Kühlmittel ausgeschlossen. Besonders bevorzugt werden in Schritt d) des Verfahrens oder zeitlich versetzt dazu, also vor der Ausführung von Schritt d) oder nach der Ausführung von Schritt d), auch die axialen Endabschnitte der wenigstens einen Statorwicklung mittels ei- ner Kunststoffmasse, vorzugsweise mittels der zweiten Kunststoffmasse, auf dem wenigstens einen Statorzahn fixiert.
Die Erfindung betrifft ferner einen Stator, der mittels des vorangehend erläuterten Verfahrens hergestellt wurde. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfin- dungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf den erfindungsgemä- ßen Stator.
Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine mit dem vorangehend ge- nannten Stator, der folglich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Die vorangehend erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine. Die elektrische Maschine umfasst neben dem Stator auch einen Rotor, der relativ zum Stator um eine Rotationsachse drehbar ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu er- läuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 a,b einen in Schritt a) des Verfahrens bereitgestellten Stator in unter- schiedlichen Darstellungen,
Fig. 2a,b,c den Stator der Figuren 1 a,b, nach Durchführung von Schritt b) in un- terschiedlichen Darstellungen,
Fig. 3a,b,c den Stator der Figuren 2a,b,c nach Durchführung von Schritt c) in unterschiedlichen Darstellungen,
Fig. 4a,b,c den Stator der Figuren 2a,b,c nach Durchführung von Schritt d) in unterschiedlichen Darstellungen,
Fig. 5a,b,c den Stator der Figuren 2a,b,c nach Durchführung von Schritt e) in unterschiedlichen Darstellungen,
Fig. 6a, b den Stator der Figuren 2a,b,c nach Durchführung von Schritt e) in unterschiedlichen Darstellungen,
Fig. 7a, b zwei den Verfahrensschritt h) illustrierende, zueinander alternative
Varianten.
Figur 1a illustriert in perspektivischer Darstellung einen Stator 1 mit einem ring- förmigen Statorkörper 2, der in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens be- reitgestellt wird. Wie Figur 1 a erkennen lässt, stehen vom Statorkörper 2 radial nach innen mehrere, entlang einer Umfangsrichtung U des ringförmigen Stator- körpers 2 beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne 3 zur Aufnahme von Statorwicklungen (in Figur 1 nicht gezeigt) ab.
Zwischen zwei in Umfangsrichtung U benachbarten Statorzähnen 3 wird jeweils ein Zwischenraum 4 ausgebildet, der dem Fachmann auch unter dem Begriff „Statornut“ geläufig ist. Die Figur 1 b zeigt eine Detaildarstellung des Statorkörpers 2 der Figur 1 a in einer Detaildarstellung im Bereich zweier in Umfangsrichtung U benachbarter Statorzähne 3 und in einer Draufsicht entlang einer axialen Richtung A, welche sich entlang einer Mittellängsachse M des Statorkörpers 2 erstreckt und somit senkrecht zur Umfangsrichtung U verläuft. Eine radiale Richtung R erstreckt senkrecht von der Mittellängsachse weg und verläuft somit orthogonal sowohl zur axialen Richtung A als auch zur Umfangsrichtung U.
Jeder Statorzahn 3 kann an einem vom Statorkörper 2 abgewandten Endabschnitt sowohl einen in der Umfangsrichtung U als auch einen entgegen der Umfangsrich- tung U vom Statorzahn 3 abstehenden Fortsatz 12a, 12b aufweisen, so dass je- weils zwei in der Umfangsrichtung U einander gegenüberliegende Fortsätze 12a, 12b zweier in Umfangsrichtung U benachbarter Statorzähne 3 den Zwischenraum 4 unter Ausbildung eines Durchgangsschlitzes 13 radial innen teilweise begren- zen.
In einem weiteren Verfahrensschritt b) werden die Statorzähne 3 mit einer ersten Kunststoffmasse K1 umspritzt. Die Figuren 2a und 2b zeigen den Statorkörper 2 nach Durchführung des Verfahrensschritts b) in einer zu den Figuren 1 a und 1 b korrespondierenden Darstellung. Zur Verdeutlichung zeigt Figur 2c als Detaildar- stellung der Figur 2a mehrerer benachbarter Statorzähne 3.
Nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse K1 gemäß Schritt b) und vor der Statorwicklungen 5 gemäß Schritt d) wird in einen radial äußeren Endab- schnitt 10a der Zwischenräume 4 zwischen den beiden Statorzähnen 3 jeweils ei- ne erste Maskierung 6a eingebracht. Bevorzugt füllt die erste Maskierung 6a den radial äußeren Endabschnitt 10a vollständig aus. Somit bleibt das von der ersten Maskierung 6a ausgefüllte Volumen des Zwischenraums 4 zur Ausbildung eines Kühlkanals 9 in dem später noch auszuführenden Schritt d), also beim Umspritzen mit dem zweiten Kunststoffmasse K2, frei von dieser zweiten Kunststoffmasse K2.
Zweckmäßig kann die erste Maskierung 6a einen den Zwischenraum 4 radial au- ßen begrenzenden Oberflächenabschnitt 7 des Statorkörpers 2 abdecken, der in Schritt b) teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse K1 bedeckt worden sein kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Oberflächenabschnitt in dem später noch auszuführenden Verfahrensschritt d) mit der zweiten Kunst- stoffmasse K2 bedeckt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt c) werden auf den Statorzähnen 3 Statorwick- lungen 5 angeordnet. Dies ist in grobschematischer Form in den Figuren 3a, 3b und 3c dargestellt, welche den Statorkörper 2 nach Durchführung des Verfahrens- schritts c) in einer zu den Figuren 2a, 2b und 2c korrespondierenden Darstellung zeigt.
In einem weiteren Verfahrensschritt d) werden die Statorwicklungen 5 durch zu- mindest teilweises Umspritzen mit einer zweiten Kunststoffmasse K2 auf den Statorzähnen 3 fixiert. Dies ist in grobschematischer Form in den Figuren 4a, 4b und 4c dargestellt, welche den Statorkörper 2 in einer zu den Figuren 3a, 3b und 3c korrespondierenden Darstellung zeigt. Das von den ersten Maskierungen 6a ausgefüllte Volumen bleibt dabei, wie oben erläutert, frei von zweiter Kunststoff- masse K2. Die ersten Maskierung 6a decken einen den Zwischenraum 4 radial außen begrenzenden Oberflächenabschnitt 7 des Statorkörpers 2 ab, der in Schritt b) zumindest teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse K1 bedeckt worden sein kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Oberflä- chenabschnitt 7 in dem später noch auszuführenden Schritt d) mit der zweiten Kunststoffmasse K2 bedeckt wird. Nach dem Umspritzen mit der zweiten Kunst- stoffmasse K2 werden die ersten Maskierungen 6a in einem Verfahrensschritt e) wieder aus den Zwischenräumen 4 entfernt, so dass ein nach dem Entfernen der Maskierungen 6a jeweils vorhandener Flohlraum 8 einen Kühlmittelkanal 9 zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausbilden kann.
Optional kann nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse K1 gemäß Schritt b) und vor dem Fixieren der Statorwicklungen 5 gemäß Schritt d) auch in einen radial inneren Endabschnitt 10b des jeweiligen Zwischenraums 4 eine zwei- te Maskierung 6b eingebracht werden. Somit bleibt das von der zweiten Maskie- rung 6b ausgefüllte Volumen des Zwischenraums 4 zur Ausbildung eines zusätzli- chen Kühlkanals 9‘ beim Umspritzen gemäß Schritt d) frei von der zweiten Kunst- stoffmasse K2. In analoger Weise zu den ersten Maskierungen 6a können auch die zweite Maskierungen 6b jeweils einen den Zwischenraum 4 radial innen be- grenzenden Oberflächenabschnitt 7‘ der beiden Statorzähne 3, der in Schritt b) teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse K1 bedeckt worden sein kann, abdecken. Somit wird verhindert, dass der Oberflächenabschnitt 7‘ in Schritt d) nicht mit der zweiten Kunststoffmasse K2 bedeckt wird.
In analoger Weise zu den ersten Maskierungen 6a können auch die zweiten Mas- kierungen 6b nach dem Umspritzen mit der zweiten Kunststoffmasse K2 wieder aus den Durchgangsschlitzen 13 entfernt werden, so dass nach dem Entfernen der jeweiligen zweiten Maskierung 6b gebildete Hohlräume 8‘ jeweils einen zu- sätzlichen Kühlmittelkanal 9‘ zum Durchströmen mit dem Kühlmittel ausbilden.
In einem weiteren Verfahrensschritt f) werden die den Hohlraum 8 bzw. Kühlmit- telkanal 9 begrenzende zweiten Kunststoffmasse K2, die mittels der zweiten Kunststoffmasse K2 an den Statorzähnen 2 fixierten Statorwicklungen 3 sowie die vor dem Entfernen der ersten Maskierungen 6a von diesen abgedeckten Oberflä- chenabschnitte 7 des Statorkörpers 2 mit einer dritten Kunststoffmasse K3 um- spritzt. Der Verfahrensschritt f) wird nach dem Entfernen der ersten Maskierungen 6a durchgeführt. Das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse K3 im Zuge von Schritt f) erfolgt bevorzugt derart, dass die Hohlräume 8 bzw. Kühlmittelkanäle 9 nach dem Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse K3 ausschließlich von der dritten oder ersten Kunststoffmasse K3, K1 begrenzt werden.
In diesem Fall werden die gebildeten Hohlräume 8 bzw. Kühlmittelkanäle 9 aus- schließlich von der ersten oder dritten Kunststoffmasse K1 , K3 begrenzt, so dass die gewünschte elektrische Isolierung des Statorkörpers 2 gegenüber dem durch die Kühlmittelkanäle 9 strömenden Kühlmittel gewährleistet ist. Möglich ist insbe- sondere, dass die zusätzlichen Kühlmittelkanäle 9‘ ausschließlich von der dritten und der ersten Kunststoffmasse K3, K1 begrenzt werden. Im Zuge des hier erläuterten Herstellungsverfahrens kann die die zusätzlichen Kühlmittelkanäle 9‘ begrenzende zweiten Kunststoffmasse K2, die mittels der zweiten Kunststoffmasse K2 an den Statorzähnen 3 fixierten Statorwicklungen 5 und die vor dem Entfernen der zweiten Maskierungen 6b von diesen abgedeckten Oberflächenabschnitte 7‘ der Statorzähne 3 mit einer dritten Kunststoffmasse K3 umspritzt werden. Das Umspritzen erfolgt dabei derart, dass die zusätzlichen Kühlmittelkanäle 9‘ nach dem Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse K3 aus- schließlich von der dritten und ersten Kunststoffmasse K3, K1 begrenzt werden.
In analoger Weise zu den Kühlmittelkanälen 9 sind also auch die zusätzlichen Kühlmittelkanäle 9‘ ausschließlich von der ersten oder dritten Kunststoffmasse K3 begrenzt. Möglich ist insbesondere, dass die zusätzlichen Kühlmittelkanäle 9‘ aus- schließlich von der dritten Kunststoffmasse K3 begrenzt werden.
Mit anderen Worten, das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse K3 erfolgt besonders zweckmäßig derart, dass nach dem Umspritzen die Hohlräume 8, 8‘ bzw. die Kühlmittelkanäle 9, 9‘ an keiner Stelle unmittelbar von der Statorwicklun- gen oder vom Statorkörper 2 begrenzt wird. In einem weiteren Verfahrensschritt kann zumindest eine Außenumfangsseite 16 des Statorkörpers 2 mit einer vierten Kunststoffmasse K4 umspritzt werden. Dies ist in den Figuren 6a und 6b gezeigt, deren Darstellungen mit den Figuren 5a und 5b korrespondieren. Um Zuge des Umspritzens mit der vierten Kunststoffmasse K4 können, wie in den Figuren 6a und 6b angedeutet, auf der Außenumfangsseite 16 des Statorkörpers 2 vorgese- hene, sich axial erstreckende Fortsätze 18, von welchen axial endseitig jeweils Gewindestangen 19 zur Befestigung eines jeweiligen Lagerschildes am Statorkör- per 2 abstehen, ebenfalls mit der vierten Kunststoffmasse K4 umspritzt werden.
In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt können mittels der umspritzten Gewindestangen 19 entlang der axialen Richtung A gegenüberliegend zwei La- gerschilde am Statorkörper befestigt werden. Dies ist für zwei zueinander alterna- tive Varianten in den Figuren 7a und 7b dargestellt. In beiden Varianten ver- schließt, so dass ein erstes Lagerschild 20a einen in der dritten und vierten Kunst- stoffmasse K3, K4 vorgesehenen ersten Hohlraum 21 a, der einen Kühlmittelvertei- ler 22a bildet und hierzu fluidisch mit den im Stator 1 vorhandenen Kühlkanälen 9, 9‘ kommuniziert. Ein zweites Lagerschild (nicht gezeigt) verschließt einen in der dritten und vierten Kunststoffmasse K3, K4 ausgebildeten zweiten Hohlraum (nicht gezeigt), der einen Kühlmittelsammler (nicht gezeigt) bildet und hierzu fluidisch mit den im Stator 1 ausgebildeten Kühlkanälen 9, 9‘ kommuniziert. Die beiden Lager- schilde liegen einander gemäß den Figuren 7a und 7b entlang der axialen Rich- tung A gegenüber und begrenzen den Statorkörper 2 des Stators 1 axial.
In dem Längsschnitt des Stators 1 entlang der axialen Richtung A gemäß Figur 7a besitzen der Kühlmittelverteiler 22a und der Kühlmittelsammler jeweils eine u- förmige Geometrie, welche einen jeweiligen axialen Endabschnitt 23 der Stator- wicklungen 5 in der axialen Verlängerung und radial außen und radial innen teil- weise umgeben. In dem Längsschnitt des Stators 1 entlang der axialen Richtung A gemäß Figur 7b besitzen der Kühlmittelverteiler 22a und der Kühlmittelsammler jeweils eine I-förmige Geometrie, welche einen jeweiligen axialen Endabschnitt der Statorwicklungen 5 in der axialen Verlängerung und radial außen teilweise umge- ben. Die Befestigung der Lagerschilde 20a am Statorkörper 2 erfolgt mittels der bereits erwähnten, am Statorkörper 2 vorgesehenen Gewindestangen 19 in Ver- bindung mit auf diese Gewindestangen 19 angepassten Gewindemuttern 24.
Die ersten und die zweite Maskierungen 6a, 6b können jeweils plattenartig oder plättchenartig ausgebildeten Einsatz 17a, 17b, vorzugsweise aus einem Stahl, ge- bildet werden.
Bei einer ersten Variante des Beispiels umfasst das Kunststoffmaterial der ersten und zweiten und dritten Kunststoffmasse K1 , K2, K3 denselben Duroplasten oder besteht aus demselben Duroplasten. Demgegenüber ist das Kunststoffmaterial der vierten Kunststoffmasse K4 ein vom Duroplasten der ersten, zweiten und drit- ten Kunststoffmasse verschiedener Thermoplast. Die Wärmeleitfähigkeit der vier- ten Kunststoffmasse K4 ist bei dieser Variante kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmasse K1 , K2, K3. Außerdem ist bei die- ser Ausführungsform die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse K4 größer als die Festigkeit der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmasse K1 , K2, K3.
Bei einer zweiten Variante des Beispiels umfasst das Kunststoffmaterial der ersten und der dritten Kunststoffmasse K1 , K3 denselben Duroplasten oder besteht aus demselben Duroplasten, wohingegen es vom Kunststoffmaterial der zweiten und des vierten Kunststoffmasse K2, K4 verschieden ist. Bei dieser Variante ist das Kunststoffmaterial der zweiten Kunststoffmasse K2 vom Kunststoffmaterial der vierten Kunststoffmasse K4 verschieden. Bei dieser Variante ist eine Kü hl mittel be- ständigkeit der ersten und dritten Kunststoffmasse K1 , K3 jeweils größer als eine Kühlmittelbeständigkeit der zweiten Kunststoffmasse K2. Ferner ist bei dieser Va- riante die Wärmeleitfähigkeit der ersten und dritten Kunststoffmasse K1 , K3 je- weils kleiner als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse K2. Schließ- lich Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Variante des Beispiels die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse K4 größer als die Festigkeit der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmasse K1 , K2, K3. Eine Schichtdicke der dritten und ersten Kunststoffmasse K3, K1 beträgt bei dieser Variante des Beispiels höchstens 0,8 mm, bevorzugt höchstens 0,3 mm.
Bei dieser Variante ist eine Kühlmittelbeständigkeit der ersten und dritten Kunst- stoffmasse K1 , K3 jeweils größer als eine Kühlmittelbeständigkeit der zweiten und der vierten Kunststoffmasse K2, K4. Außerdem ist bei dieser Weiterbildung die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse K2 größer als die Wärmeleitfä- higkeit der ersten, dritten und/oder vierten Kunststoffmasse K1 , K3, K4. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Weiterbildung die Festigkeit der vierten Kunststoff- masse K4 größer als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse K1 , K2, K3.
Gemäß einem optionalen Verfahrensschritt kann die den Kühlmittelverteilerraum 22a sowie den Kühlmittelsammlerraum 22b zunächst begrenzende zweite Kunst- stoffmasse K2 mit einem elektrisch isolierenden Isolationsmaterial umspritzt und/oder besprüht werden. Ebenso können axiale Endabschnitte der Statorwick- lungen 6, die entlang der axialen Richtung A beidseitig aus dem jeweiligen Zwi- schenraum 4 herausragen können, mit dem elektrisch isolierenden Isolationsmate- rial umspritzt und/oder besprüht werden. Zweckmäßig wird hierfür ein elektrisch isolierender Lack verwendet. Denkbar ist es aber auch, die dritte Kunststoffmasse K3 und/oder die vierte Kunststoffmasse K4 oder eine andere geeignete Kunst- stoffmasse zu verwenden. Das Umspritzen. Besprühen erfolgt derart, dass nach dem Umspritzen bzw. Besprühen weder die zweite Kunststoffmasse K2 noch die axialen Endabschnitte der Statorwicklungen 5 den Kühlmittelverteilerraum 22a o- der den Kühlmittelsammlerraum 22b unmittelbar begrenzen. Auf diese Weise wird eine unerwünschte elektrische Verbindung der elektrisch leitenden Statorwicklun- gen 6 mit dem im Kühlmittelverteilerraum 22a bzw. Kühlmittelsammlerraum 22b vorhandenen Kühlmittel ausgeschlossen.
Im Zuge von Schritt d) oder zeitlich versetzt dazu, also vor der Ausführung von Schritt d) oder nach der Ausführung von Schritt d), können auch die axialen End- abschnitte der Statorwicklungen 5 mittels einer Kunststoffmasse, insbesondere mittels der zweiten Kunststoffmasse K2, auf dem jeweiligen Statorzahn 3 fixiert werden.
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Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Stators (1 ) für eine elektrische Maschine, umfassend die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen eines Stators (1 ), der einen ringförmigen Statorkörper (2) umfasst, von welchem radial nach innen mehrere, entlang einer Umfangsrichtung (U) des Statorkörpers (2) beabstandet zueinander angeordnete Statorzähne (3) zur Aufnahme von Statorwicklungen (5) abstehen, wobei zwischen zwei in Umfangsrichtung (U) benachbarten Statorzähnen (3) jeweils ein Zwischen- raum (4) ausgebildet wird,
b) Zumindest teilweises Umspritzen zumindest zweier in Umfangsrichtung (U) benachbarter Statorzähne (3) mit einer ersten Kunststoffmasse (K1 ), c) Anordnen zumindest einer Statorwicklung (5) auf wenigstens einem Stator- zahn (3),
d) Fixieren der zumindest einen Statorwicklung (5) auf dem wenigstens einen Statorzahn (3) durch zumindest teilweises Umspritzen dieser Statorwicklung mit einer zweiten Kunststoffmasse (K2),
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse (K1 ) gemäß Schritt b) und vor dem Fixieren der zumindest einen Statorwicklung (5) gemäß Schritt d) in dem Zwischenraum (4) zwischen den beiden Statorzähnen (3) eine (erste) Maskierung (6a) eingebracht wird, so dass das von der (ersten) Maskierung (6a) ausgefüllte Volumen des Zwischenraums (4) zur Ausbildung eines Kühl- kanals (9) beim Umspritzen gemäß Schritt d) frei von der zweiten Kunststoff- masse (K2) bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Maskierung (6a) einen den Zwischenraum (4) radial außen begrenzenden Oberflächenabschnitt (7) des Statorkörpers (2), der in Schritt b) teil- weise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse (K1 ) bedeckt worden sein kann, abdeckt, so dass der Oberflächenabschnitt (7) beim Umspritzen gemäß Schritt d) nicht mit der zweiten Kunststoff masse (K2) bedeckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die (erste) Maskierung (6a) in einen radial äußeren Endabschnitt (10a) des Zwischenraums (4) eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die (erste) Maskierung (6a) den radial äußeren Endabschnitt (10a) vollständig ausfüllt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt e) umfasst:
e) Entfernen der (ersten) Maskierung (6a) aus dem Zwischenraum nach dem Umspritzen mit der zweiten Kunststoffmasse (K2), so dass ein nach dem Entfernen der (ersten) Maskierung (6a) vorhandener Hohlraum (8) einen Kühlmittelkanal (9) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausbildet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt f) umfasst:
f) Umspritzen der den Hohlraum (8) bzw. den Kühlmittelkanal (9) begrenzenden zweiten Kunststoffmasse (K2) und/oder der mittels der zweiten Kunststoffmasse (K2) am Statorzahn (3) fixierten Statorwicklung (5) und/oder des vor dem Entfernen der (ersten) Maskierung (6a) von dieser abgedeckten Oberflä- chenabschnitts (7) des Statorkörpers (2) mit einer dritten Kunststoffmasse (K3).
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse (K3) nach dem Entfernen der (ersten) Maskierung (6a) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kühlmittelkanal (9), vorzugsweise ausschließlich, von der ersten und/oder der dritten Kunststoffmasse (K1 , K3) begrenzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Umspritzen mit der ersten Kunststoffmasse (K1 ) gemäß Schritt b) und vor dem Fixieren der zumindest einen Statorwicklung (5) gemäß Schritt d) in einen radial inneren Endabschnitt (10b) des Zwischenraum (4) eine zweite Maskierung (6b) eingebracht wird, so dass das von der (zweiten) Maskierung (6b) ausgefüllte Volumen des Zwischenraums (4) zur Ausbildung eines zusätzlichen Kühlkanals (9‘) beim Umspritzen gemäß Schritt d) frei von der zweiten Kunststoffmasse (K2) bleibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Maskierung (6b) einen den Zwischenraum (4) radial innen begrenzenden Oberflächenabschnitt (7‘) der beiden Statorzähne (3), der in Schritt b) teilweise oder vollständig mit der ersten Kunststoffmasse (K1 ) bedeckt worden sein kann, abdeckt, so dass der Oberflächenabschnitt (7‘) in Schritt d) nicht mit der zweiten Kunststoffmasse (K2) bedeckt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt e1 ) umfasst: e1 ) Entfernen der zweiten Maskierung (6b) aus dem Zwischenraum (4) nach dem Umspritzen mit der zweiten Kunststoffmasse (K2), so dass ein nach dem Ent- fernen der zweiten Maskierung (6b) vorhandener Hohlraum (8‘) einen zusätzlichen Kühlmittelkanal (9‘) zum Durchströmen mit einem Kühlmittel ausbildeT
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umspritzen mit der dritten Kunststoffmasse (K3) derart erfolgt, dass nach dem Umspritzen der umspritzte Hohlraum (8) und/oder zusätzliche Hohlraum (8‘) bzw. Kühlmittelkanal (9) und/oder zusätzliche Kühlmittelkanal (9‘) an kei- ner Stelle unmittelbar von der Statorwicklung (5) und/oder von dem Statorkörper (2) begrenzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren den folgenden, zusätzlichen Verfahrensschritt g) umfasst: g) Umspritzen zumindest einer Außenumfangsseite (16) des Statorkörpers (2) mit einer vierten Kunststoffmasse (K4).
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite und/oder die dritte und/oder die vierte Kunststoffmasse einen Duroplasten umfassen oder ein Duroplast ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite und/oder die dritte und oder die vierte Kunststoffmasse einen Thermoplasten umfassen oder ein Thermoplast ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kunststoffmaterial der ersten und zweiten und dritten Kunststoffmasse (K1 , K2, K3) denselben Duroplasten umfasst oder aus demselben Duroplasten besteht,
das Kunststoff material der vierten Kunststoffmasse (K4) ein vom Duroplasten der ersten, zweiten und dritten Kunststoffmasse verschiedener Thermoplast ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Wärmeleitfähigkeit der vierten Kunststoffmasse (K4) kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoff- masse (K1 , K2, K3), und/oder dass
die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse (K4) größer ist als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse (K1 , K2, K3).
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kunststoffmaterial der ersten und der dritten Kunststoffmasse (K1 , K3) denselben Duroplasten umfasst oder aus demselben Duroplasten besteht und vom Kunststoffmaterial der zweiten und der vierten Kunststoff masse (K2, K4) verschieden ist, wobei das Kunststoffmaterial (K2) der zweiten Kunststoffmas- se vom Kunststoffmaterial der vierten Kunststoffmasse (K4) verschieden ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kühlmittelbeständigkeit der ersten und/oder dritten Kunststoffmasse (K4) größer ist als die Kühlmittelbeständigkeit der zweiten und/oder vierten
Kunststoffmasse (K4), und/oder dass
die Wärmeleitfähigkeit der ersten und/oder dritten Kunststoffmasse (K4) kleiner ist als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse (K2), und/oder dass die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse (K4) größer ist als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse (K1 , K2, K3).
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schichtdicke der den jeweiligen Kühlkanal begrenzenden dritten und/oder ersten Kunststoffmasse höchstens 0,8 mm, vorzugsweise höchstens 0,3 mm, beträgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffmaterialien der ersten, zweiten, dritten und vierten Kunststoffmasse (K1 , K2, K3, K4) unterschiedliche Thermoplasten oder Duroplasten umfassen oder aus unterschiedlichen Thermoplasten oder Duroplasten be- stehen.
22. Verfahren nach Anspruch 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kühlmittelbeständigkeit der ersten und/oder dritten Kunststoffmasse (K1 , K3) größer ist als eine Kühlmittelbeständigkeit der zweiten Kunststoffmasse (K2) und/oder dass
die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Kunststoffmasse (K2 ) größer ist als die Wärmeleitfähigkeit der ersten und/oder dritten und/oder vierten
Kunststoffmasse (K4), und/oder dass
die Festigkeit der vierten Kunststoffmasse (K4) größer ist als die Festigkeit der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Kunststoffmasse (K1 , K2, K3).
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren die folgenden beiden zusätzlichen Verfahrensschritte h1 , h2) umfasst: h1 ) Bereitstellen eines Kühlmittelverteilerraums (22a) und eines Kühlmittelsamm- lerraums (22b) am und/oder im Stator (2), welche über den wenigstens einen Kühlmittelkanal (9) und/oder über den wenigstens einen zusätzlichen Kühlmittelkanal (9') fluidisch miteinander kommunizieren;
h2) Umspritzen und/oder Besprühen der den Kühlmittelverteilerraum (22a)
und/oder den Kühlmittelsammlerraum (22b) begrenzenden zweiten Kunst- stoffmasse (K2) und/oder der axialen Endabschnitte wenigstens einer Stator- wicklung (5), vorzugsweise aller Statorwicklungen (5), mit einem elektrisch iso- lierenden Isolationsmaterial, vorzugsweise einem elektrisch isolierenden Lack, und/oder mit der dritten Kunststoffmasse (K3) und/oder mit der vierten Kunst- stoffmasse (K4).
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umspritzen bzw. Besprühen gemäß Schritt h2) derart erfolgt, dass nach dem Umspritzen bzw. Besprühen weder die zweite Kunststoffmasse (K2) noch die axialen Endabschnitte der wenigstens einen Statorwicklung (6), vorzugs- weise aller Statorwicklungen (5), den Kühlmittelverteilerraum (22a) oder den Kühlmittelsammlerraum (22b) begrenzen.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt d) des Verfahrens auch die axialen Endabschnitte der wenigstens einen Statorwicklung (6) mittels der zweiten Kunststoffmasse (K2) auf dem wenigstens einen Statorzahn (3) fixiert werden.
26. Stator (1 ), hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25.
27. Elektrische Maschine,
mit einem Stator (1 ), insbesondere nach Anspruch 26, der mittels des Verfah- rens nach einem der Ansprüche 1 bis 25 hergestellt ist, mit einem Rotor, der relativ zum Stator (1 ) um eine Rotationsachse drehbar ausgebildet ist.
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