DE102017110696A1

DE102017110696A1 - Stromschiene und Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Motors

Info

Publication number: DE102017110696A1
Application number: DE102017110696.0A
Authority: DE
Inventors: Bernadette Goebbels; Bernd Guntermann; Stephan Werker
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-11-22
Also published as: CN108964356A; US20180337499A1; KR20180126366A; KR102234282B1

Abstract

Der Erfindung, welche eine Stromschiene (1) und ein Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Motors betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine einfache und sichere Kontaktierung des elektrischen Motors erreicht wird. Außerdem soll sowohl der Montage- als auch der Kostenaufwand reduziert werden. Diese Aufgabe wird anordnungsseitig dadurch gelöst, dass an dem ersten Ende (3) der Stromschiene (1) ein ein Untermaß gegenüber dem Durchmesser des Durchführungskontakts (6) aufweisendes Loch (5) angeordnet ist. Die Aufgabe wird weiterhin verfahrensseitig dadurch gelöst, dass eine Stromschiene (1) bereitgestellt wird, welche an einem ersten Ende (3) der Stromschiene (1) ein ein Untermaß gegenüber dem Durchmesser des Durchführungskontakts (6) aufweisendes Loch (5) aufweist und dass die Kontaktierung eines Durchführungskontakts (6) eines elektrischen Motors mit dem Loch (5) der bereitgestellten Stromschiene (1) in einem Arbeitsschritt mit einem Einpressen eines mit den Durchführungskontakten (6) verbundenen Stators (12) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene zur Kontaktierung eines Durchführungskontakts eines elektrischen Motors, wobei die Stromschiene ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kontaktierung eines Durchführungskontakts eines elektrischen Motors, wobei eine Stromschiene mit dem Durchführungskontakt elektrisch leitend verbunden wird.
Beispielsweise beim Betrieb von ein- oder mehrphasigen Elektromotoren, welche in einem hermetisch abgeschirmten Gehäuse angeordnet werden, besteht die Notwendigkeit, dem Motor einen Betriebsstrom ohne eine Beeinträchtigung der Dichtheit des Systems zuzuführen. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Zufuhr einer benötigten Betriebsspannung beziehungsweise eines benötigten Betriebsstroms über sogenannte Durchführungskontakte zu realisieren. Ein derartiger Motor kann beispielsweise ein Kältemittelverdichter in einem Fahrzeug sein.
Aus der DE102015103053A1 ist eine Elektrodurchführungseinheit für eine Durchführung von elektrischen Kontakten durch eine Wand eines Gehäuses eines Elektromotors bekannt. Die Durchführungseinheit weist einen Stift, welcher aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und eine ihn umgebenden Hülse auf. Diese Beschreibung betrifft des Weiteren ein Gehäuse eines elektrischen Motors, das mindestens eine solche Elektrodurchführungseinheit enthält sowie einen Elektromotor, der ein solches Gehäuse aufweist.
Die Elektrodurchführungseinheit weist einen Stift aus einem elektrisch leitenden Material auf, welcher von einer elektrisch isolierenden Hülse umgeben ist. Der Stift besitzt eine zumindest teilweise kegelförmige Auflagefläche für den Bereich eines Durchtritts durch die Wand des Gehäuses und ist mit der ihn umgebenden Hülse in einer durch die Wand des Gehäuses durchgehenden, zumindest teilweise kegelförmigen Bohrung angeordnet.
Vorteilhaft ist bei dieser vorgeschlagenen Lösung, dass durch die Einsparung von Montagezeit und Montageaufwand sowie von Teilekosten eine sehr einfache und günstige Montage der Motorkomponenten im Motorgehäuse möglich ist und es zudem eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Verwendung konventioneller Glas-Metall-Einschmelzungen (GTMS) bietet. Die für die Elektrodurchführungseinheiten benötigten Öffnungen im Motorgehäuse sind klein und führen zu einer verbesserten Druckbeständigkeit und Steifigkeit des Motorgehäuses. Die abzudichtende Querschnittsfläche ist ebenfalls klein und hat somit geringere Leckage- und Permeationsraten zur Folge.
Derartige Durchführungskontakte müssen sowohl auf der Motorseite im hermetischen Gehäuse, als auch auf der Seite außerhalb des hermetischen Gehäuses elektrisch angebunden werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, diese Kontaktierung beispielsweise über Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente herzustellen. Diese Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente werden dann wiederum an die den elektrischen Strom führende Leitung oder Stromschiene durch Verpressen, Verlöten oder Verschweißen elektrisch leitend angebracht. Derart wird beispielsweise für einen dreiphasigen Elektromotor eine bauliche Einheit zur Spannungs- und Stromzufuhr bereitgestellt, welche drei Stromschienen mit jeweils einer an einem ersten Ende einer Stromschiene eingepressten, verlöteten oder verschweißten Federkontakthülsen aufweist. Das jeweils zweite Ende einer Stromschiene wird derart bereitgestellt, dass es beispielsweise durch eine Leiterplatte hindurchgeführt und mit dieser verlötet werden kann. Eine derartige beispielsweise mehrlagig ausgeführte Leiterplatte trägt die zur Ansteuerung des Motors benötigten Bauelemente, welche zu einer Inverterschaltung (Umrichterschaltung) zugehörig sein können.
Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls Lösungen bekannt, wonach die Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente in die Stromschiene integriert werden. Diese Integration der Federkontakthülsen kann beispielsweise durch Verpressen, Verlöten oder Verschweißen erfolgen.
Derartige Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente, welche sowohl eine elektrisch leitende Verbindung mit einem sehr kleinen Übergangswiderstand herstellen sollen als auch einen Toleranzausgleich zwischen der Stromschiene und dem Durchführungskontakt ermöglichen, sind beispielsweise aus der DE 10 2004 017 659 A1 bekannt.
Nachteil dieses bekannten Standes der Technik ist es, dass die von dem Durchführungskontakt abgehenden Leitungen oder Stromschienen jeweils mit einer Federkontakthülse oder einem Federkontaktelement ausgestattet werden müssen.
Derartige Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente sind mechanisch aufwendig herzustellende Bauteile, welche in einem separaten Montageschritt mit einer Stromschiene verbunden werden müssen. Sowohl die Anschaffung der Federkontakthülsen oder Federkontaktelemente als auch deren Montage mit oder in der Stromschiene verursachen Kosten und benötigen eine entsprechende Montagezeit.
Der Aufwand bei der Herstellung einer Federkontakthülse oder eines Federkontaktelements besteht beispielsweise darin, dass ein Federstahl so ausgestanzt werden muss, dass sich einzelne federnde Lamellen ergeben.
Dieses Halbzeug wird in einem weiteren Herstellungsschritt aufgerollt und beispielsweise in eine haltende Hülse eingeschoben. Meist wird die Federhülse dann noch durch Halteklammern gesichert, um ein Verschieben oder Herausfallen zu verhindern. Die derart bereitgestellte Konstruktion wird anschließend in einem weiteren Arbeitsgang mit der Stromschiene beispielsweise durch Verpressen, verbunden.
Die dargestellten Nachteile zeigen, dass ein Bedarf an einer geeigneten Lösung besteht, welche ohne das Bauelement einer Federkontakthülse oder eines Federkontaktelementes bei der Kontaktierung eines elektrischen Motors auskommt und den zusätzlichen Montageschritt der Verbindung der Federkontakthülse oder des Federkontaktelements mit der Stromschiene nicht benötigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung und Verfahren zur Kontaktierung eines elektrischen Motors anzugeben, womit eine einfache und sichere Kontaktierung des elektrischen Motors erreicht wird. Außerdem soll sowohl der Montage- als auch der Kostenaufwand reduziert werden.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Vorgesehen ist es, die Stromschienen beispielsweise als ein Stanzteil aus einem leitfähigen Blech auszuführen. So kann beispielsweise in einem ersten Herstellungsschritt ein Ausstanzen der Stromschiene aus einem Blech durchgeführt werden. In einem zweiten Herstellungsschritt wird die Stromschiene an einem mit einer Leiterplatte zu verbindenden zweiten Ende beispielsweise um 90 Grad abgewinkelt gebogen. Dieses abgewinkelte Ende der Stromschiene kann durch eine hierfür vorgesehene Öffnung in der Leiterplatte geführt und mit einer Leiterbahn der Leiterplatte beispielsweise auf der einem Motor abgewandten Seite der Leiterplatte verlötet werden.
Zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen und mechanisch stabilen Kontakts zwischen der Stromschiene und dem Durchführungskontakt ist es vorgesehen, das ersten Ende der Stromschiene mit einem Loch auszuführen. Dieses Loch kann beispielsweise rund oder in einer anderen geeigneten Form, wie einem Drei- oder n-Eck oder einer Kleeblattstruktur ausgeführt werden.
Unabhängig davon, ob das Loch beispielsweise rund ausgeführt wird, ist es vorgesehen, dass Loch in einem Untermaß, also kleiner als der Durchmesser des zu kontaktierenden Durchführungskontakts oder -stiftes, welcher einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, auszuführen.
Alternativ kann beispielsweise für den Fall, dass der Durchführungskontakt an seinem aus der Durchführung herausragenden Ende einen quadratischen Querschnitt aufweist, eine Anpassung des Lochs in der Stromschiene an diesen Querschnitt erfolgen. In diesem Fall wird das Loch beispielsweise auch quadratisch ausgeführt, wobei es gegenüber dem Querschnitt des Durchführungskontakts wieder ein Untermaß aufweist.
Derart ist es möglich, eine sichere Verbindung zwischen der Stromschiene und dem Durchführungskontakt bei einem Aufschieben und Verpressen der Stromschiene auf den Kontakt zu erreichen.
Um eine größere Kontaktfläche zwischen der erfindungsgemäßen Stromschiene und einem Durchführungskontakt zu erzielen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Loch in der Stromschiene beispielsweise mit einem Mittel zum Bördeln oder einem ähnlichen Mittel um Flanken erweitert wird, welche sich um das Loch herum ausbilden. In diesem Fall wird die Fläche, mit welcher die Stromschiene mit dem Durchführungskontakt verbunden ist nicht mehr im Wesentlichen von der Materialdicke der Stromschiene bestimmt, sondern von den durch das Bördeln entstandenen Flanken. Bei einer derartigen Ausführung wird der Innendurchmesser des nach dem Bördeln entstehenden Lochs in einem Untermaß, also kleiner als der Durchmesser des zu kontaktierenden Durchführungskontakts oder -stiftes ausgeführt.
Sowohl in der Ausführung mit Bördel-Flanken als auch ohne ist es vorgesehen, die Stromschiene mit dem Loch beispielsweise unter dem Durchführungskontakt zu positionieren und dann den Durchführungskontakt in die Stromschiene einzuschieben und zu verpressen. Hierzu wird beispielsweise ein Druck auf den Durchführungskontakt ausgeübt, während die Stromschiene in ihrer Position gehalten wird. Vorgesehen ist es auch, diesen Verpressvorgang gleichmäßig und mit einer kontrollierten Geschwindigkeit vorzunehmen. Hierfür ist eine geeignete Anordnung mit einer geeigneten Steuerung vorgesehen, welche den Verpressvorgang gleichmäßig durchführt und eine Weg-Kraft-Regelung ermöglicht.
Durch diesen in seinem Verfahrweg, der aufgebrachten Kraft und der benötigten Zeit gesteuerten Verpressvorgang wird eine Kaltverschweißung zwischen den Oberflächen des Durchführungskontakts und der Stromschiene im kontaktierten Bereich erreicht. Außerdem wird durch diese Steuerung ein Wiederaufreißen einer sich ergebenden Kaltverschweißung vermieden.
Die Erfindung stellt eine Stromschiene bereit, welche ohne ein zusätzliches Teil, wie eine Federkontakthülse oder ein Federkontaktelement, direkt zwischen einer Leiterplatte und einem Durchführungskontakt eines Motors eingebaut werden kann und die Leiterplatte mit dem Durchführungskontakt elektrisch verbindet.
Vorgesehen ist es auch, in die Stromschiene für einen Toleranzausgleich eine oder mehrere Biegungen oder Knicke beispielsweise durch ein Pressverfahren einzubringen. Somit erhält die Stromschiene einen Bereich, welcher bogen- oder mäanderförmig verläuft und beispielsweise geeignet ist, Toleranzen auszugleichen oder durch thermische Veränderungen auftretende mechanische Spannungen aufzunehmen oder abzubauen. Derartige Toleranzen sind üblicherweise fertigungsbedingt und betreffen beispielsweise die Lage der Durchführungskontakte zu einer Leiterplatte zwischen denen die Stromschiene eingebracht wird. Ein derartiger Toleranzausgleich wird insbesondere bei einem elektrischen Kältemittelverdichter in einem Fahrzeug benötigt, da hier funktionsbedingt Temperaturunterschiede auftreten und mechanische Spannungen ausgeglichen werden müssen, um eine sichere Funktionsweise des Kältemittelverdichters zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 7 bis 10 angegeben.
Zur Herstellung einer leitfähigen, mechanisch robusten Verbindung der erfindungsgemäßen Stromschiene mit einem Durchführungskontakt in einem Motor wird nachfolgend ein spezielles Verfahren beschrieben. Der Einbau beziehungsweise das Verpressen der Stromschiene ist aber auch ohne Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens möglich.
Zur Vorbereitung des Verfahrens zur Kontaktierung eines elektrischen Motors, welcher mehrere der oben beschriebenen Durchführungskontakte aufweist, welche mittels je einer erfindungsgemäßen Stromschiene elektrisch leitfähig verbunden werden sollen, wird eine sogenannte Halteplatte bereitgestellt. Diese Halteplatte weist vorteilhafterweise Vertiefungen zur Aufnahme der zur Kontaktierung benötigten Stromschienen auf. Diese Vertiefungen habe die Aufgabe, die in die Vertiefungen eingelegten Stromschienen während der Durchführung des Verfahrens oder Montagevorgangs in ihrer Position zu halten. Alternativ kann die Halteplatte auch ohne Vertiefungen ausgeführte werden. In dieser Ausführung werden zum Fixieren der Stromschienen entsprechende Haltemittel, wie eine oder mehrere seitliche Begrenzungen oder Positionsstifte vorgesehen.
Außerdem weist die Halteplatte an den mit den Löchern der ein- oder aufgelegten Stromschienen übereinstimmenden Positionen je eine Senkbohrung pro Loch auf. Diese Senkbohrungen sind in ihrem Durchmesser größer als der Durchmesser des in das Loch der Stromschiene einzupressenden Durchführungskontakts ausgeführt und ermöglichen somit einen hindernisfreien Einpressvorgang.
Für den Fall, dass ein dreiphasiger Elektromotor mit drei Durchführungskontakten kontaktiert werden soll, weist die Halteplatte drei zur Aufnahme von drei Stromschienen geeignete Vertiefungen oder Halterungen auf, in welche die drei Stromschienen eingelegt werden.
Ebenfalls bereitgestellt wird ein hermetisch verschließbares Motorgehäuse oder der entsprechende Teil eines Motorgehäuses, welcher die Bohrungen, welche beispielsweise als Kegelbohrungen ausgeführt sind, zur Aufnahme der Durchführungskontakte aufweist. Ebenfalls bereitgestellt wird ein in das Motorgehäuse einzubringender Stator, welcher bereits mit den in die Stromschienen einzupressenden Durchführungskontakten vormontiert wurde. Bei einem beispielsweise dreiphasigen Motor ist der Stator mit drei Durchführungskontakten verbunden vormontiert.
Zu Beginn des Verfahrens zur Kontaktierung eines elektrischen Motors, welches nachfolgend als Einpressvorgang bezeichnet wird, werden die Stromschienen in die Halteplatte an den dafür vorgesehenen Positionen eingelegt. Nachfolgend wird das Motorgehäuse oder der entsprechende Teil eines Motorgehäuses über der Halteplatte ausgerichtet und auf die Halteplatte aufgelegt. Die Ausrichtung erfolgt derart, dass die beispielsweise im Motorgehäuse eingebrachten Bohrungen oder Kegelbohrungen zur Aufnahme der Durchführungskontakte senkrecht über den Löchern der Stromschienen positioniert werden.
Weiterhin wird der Stator mit seinen vormontierten Durchführungskontakten derart über dem Motorgehäuse angeordnet und ausgerichtet, dass er in das Motorgehäuse eingeschoben werden kann und die Löcher der Stromschienen in der Verlängerung der Durchführungskontakte liegen. Üblicherweise weist der Stator einen Außendurchmesser auf, welcher ein Einpressen des Stators in den Innendurchmesser des Motorgehäuses ermöglicht, wobei der Stator nach dem erfolgten Einpressen sicher im Motorgehäuse angebracht beziehungsweise verpresst gehalten wird. Außer der Möglichkeit eines Einpressens kann beispielsweise auch ein Verfahren zum Einschrumpfen oder eine Kombination aus Einpressen und Einschrumpfen zur Anwendung kommen.
Zur Positionierung des Stators in der beschriebenen Position beispielsweise über dem Motorgehäuse ist eine entsprechende Halterung vorgesehen, welche an den Stator angepasst ist und diesen sicher hält.
Mittels dieser Halterung wird der Stator in das Motorgehäuse eingelassen beziehungsweise in das Motorgehäuse eingepresst. Während der Stator mit den vormontierten Durchführungskontakten beispielsweise kontinuierlich in das Motorgehäuse eingepresst wird, verringert sich der Abstand zwischen den Durchführungskontakten und den entsprechenden Bohrungen im Motorgehäuse immer weiter, bis die Durchführungskontakte in die Bohrungen einfädeln.
Im weiteren Verlauf des Einpressvorgangs erreichen die Durchführungskontakte die Löcher der zugehörigen Stromschienen und werden in diese vorgefertigten Löcher eingepresst. Durch das Untermaß dieser Löcher werden die Durchführungskontakte derart in die Löcher eingepresst, dass es zu einer Kontaktierung, beispielsweise durch eine Kaltverschweißung, kommt. Bei derartigen Kaltverschweißungen werden metallische Werkstoffe unter hohem Druck bereits bei einer Raumtemperatur derart miteinander verbunden, dass die hierbei entstehende Verbindung einer mit einem „normalen“ Verschweißen entstehenden Verbindung sehr nahe kommt.
Hat die Halterung ihre Endposition erreicht, ist der Einpressvorgang beendet. Am Ende des Einpressvorgangs ist sowohl der Stator in das Motorgehäuse als auch die Durchführungskontakte in die Stromschienen eingepresst angeordnet.
Die entstandene Einheit, bestehend aus Motorgehäuse, Durchführungskontakten und Stromschienen wird aus der Halteplatte entnommen und kann einem nachfolgenden weiteren Montageschritt zugeführt werden.
Wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, weist eine sogenannte Durchführungseinheit einen Stift oder Durchführungskontakt, welcher aus einem elektrisch leitenden Material besteht, und eine den Durchführungskontakt umgebende Hülse zur elektrischen Isolation des Durchführungskontakts gegenüber dem Gehäuse auf. Vorgesehen ist es, derartige Hülsen oder Isolationshülsen in die Bohrungen des Gehäuses vor Beginn des Einpressvorgangs einzusetzen oder das Gehäuse mit in den Bohrungen eingesetzten Isolationshülsen bereitzustellen.
Vorgesehen ist es auch, dass die Halterung derart ausgeführt ist, dass diese nicht nur eine Kraft auf den einzupressenden Stator ausüben kann, sondern dass die Halterung beispielsweise auch Elemente aufweist, welche eine direkte Kraftübertragung auf die einzupressenden Durchführungskontakte ermöglichen. Durch das Ausüben einer direkten Kraft auf die Durchführungskontakte wird die Verbindung zwischen dem Stator und den mit dem Stator bereits verbundenen Durchführungskontakten während des Einpressvorgangs nicht wesentlich mechanisch belastet und somit entstehenden Defekten durch eine zu große mechanische Belastung entgegengewirkt.
Vorgesehen ist es ebenfalls, dass die Bohrungen im Gehäuse eines Motors, welche zur Aufnahme der Durchführungskontakte dienen, als Kegelbohrungen ausgeführt werden.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass in einem einzigen Einpressvorgang sowohl der Stator in den Motor als auch die Durchführungskontakte in die Stromscheinen verpresst werden können, wodurch die Montagezeit verkürzt und der Montageaufwand reduziert wird. Diese Vorteile wirken sich natürlich auch positiv auf die Herstellungskosten aus.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine zur Kontaktierung eines Motors vorgesehene Einheit, bestehend aus drei Stromschienen mit jeweils eingepressten Federkontakthülsen aus dem Stand der Technik,
2: eine alternative drei Stromschienen umfassende Einheit zur Kontaktierung eines Elektromotors aus dem Stand der Technik mit jeweils integrierten Federkontakthülsen,
3: eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Stromschiene,
4: eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Stromschiene,
5 eine Schnittdarstellung durch einen Durchführungskontakt mit einer aufgepressten Stromschiene,
6 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Kontaktierung eines elektrischen Motors mit den erfindungsgemäßen Stromschienen in einem ersten Zustand,
7 die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Kontaktierung eines elektrischen Motors mit den erfindungsgemäßen Stromschienen in einem zweiten Zustand und
8 eine perspektivische Darstellung eines Motorgehäuses mit Durchführungskontakten und aufgepressten Stromschienen.

In der 1 ist eine zur Kontaktierung eines Motors vorgesehene Einheit, bestehend aus drei Stromschienen 1' mit jeweils eingepressten Federkontakthülsen 2 aus dem Stand der Technik dargestellt. Jede der drei Stand der Technik Stromschienen 1' weist an einem ersten Ende 3 eine mit der Stromschiene 1' elektrisch leitend angebrachte Federkontakthülse 2 auf. Diese Federkontakthülsen 2 können mit der Stromschiene 1' beispielsweise verschweißt, verlötet oder verschraubt sein.
An den jeweils zweiten Enden 4 weisen die Stromschienen 1' ein Ende auf, welches beispielsweise zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Leiterplatte 10 geeignet ist. Eine derartige elektrisch leitfähige Verbindung erfolgt beispielsweise durch Löten oder Schrauben.
Die drei Stromschienen 1' sind in einer gemeinsamen Aufnahme oder einem Gehäuse, welches die Stromschienen 1' untereinander isoliert, angeordnet. Die Federkontakthülsen 2 der Stromschienen 1' werden auf die Durchführungskontakte 6 eines Motors aufgeschoben und verbinden derart eine den Motor steuernde Leiterplatte 10 mit den Durchführungskontakten 6, welche beispielsweise mit einem Stator mit mehreren Statorwicklungen kontaktiert sind. Somit kann dem Motor eine Steuerspannung beziehungsweise ein Steuerstrom zugeführt werden.
In der 2 eine alternative drei Stromschienen 1' umfassende Einheit zur Kontaktierung eines Elektromotors aus dem Stand der Technik mit jeweils integrierten Federkontakthülsen 2 dargestellt. In dieser Ausführung sind die Federkontakthülsen 2 am ersten Ende 3 der Stromschiene 1' in einer speziellen Aufnahme integriert angeordnet und mit den Stromschienen 1' verbunden.
Die in der 1 und 2 gezeigten Ausführungen weisen aber den Nachteil auf, dass die mit einem Durchführungskontakt 6 zu kontaktierenden Leitungen oder Stromschienen jeweils mit einer Federkontakthülse 2 oder einem Federkontaktelement an einem ersten Ende 3 ausgestattet werden müssen, was diese Lösungen aufwendig und teuer macht.
In der 3 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Stromschiene 1 dargestellt. Vorgesehen ist es, die Stromschiene 1 beispielsweise aus einem leitfähigen Blech entsprechender Dicke oder Stärke auszustanzen und an ihrem ersten Ende 3 mit einem Loch 5 zu versehen. Dieses Loch 5 dient in einem späteren Einpressvorgang zur Aufnahme eines nicht dargestellten Durchführungskontakts 6. Ein beziehungsweise mehrere dieser Durchführungskontakte 6, welche einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, werden nach dem Stand der Technik in entsprechenden Bohrungen im Gehäuse 8 eines Motors angeordnet, um eine elektrische Verbindung zwischen im Motor angeordneten Statorwicklungen und einer Ansteuereinheit herzustellen.
Optional kann das zweite Ende 4 der Stromschiene 1 abgewinkelt und/oder zu einem Kontakt ausgebildet werden, welcher mit der den zu kontaktierenden Motor ansteuernden Steuereinheit elektrisch verbunden wird.
Das Loch 5 in der Stromschiene 1 kann beispielsweise rund oder oval ausgeführt werden. Unabhängig von der konkreten Form des Lochs 5 wird dieses derart ausgeführt, dass das Loch 5 bezüglich des Durchführungskontakts 6 ein Untermaß aufweist. Das Loch 5 weist also einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner als der Außendurchmesser des zu kontaktierenden Durchführungskontakts 6 ist.
Derart ist es möglich, eine sichere Verbindung zwischen der Stromschiene 1 und dem Durchführungskontakt 6 bei einem Aufschieben beziehungsweise Einpressen während eines Einpressvorgangs der Stromschiene 1 auf den Kontakt 6 zu erreichen.
Die in der 3 gezeigte Stromschiene 1 weist im Bereich des Lochs 5 einen ausgeformten Rand oder Kragen 7 auf, wie er beispielsweise aus dem Bereich des Kragenziehens bekannt ist. Durch eine Ausformung dieses Kragens 7 wird der Bereich der sich zwischen der erfindungsgemäßen Stromschiene 1 und einem Durchführungskontakt 6 ausbildenden Kontaktfläche vergrößert und somit beispielsweise der Übergangswiderstand zwischen der Stromschiene 1 und dem Durchführungskontakt 6 verringert.
Ein derartiger Kragen 7 kann beispielsweise auch mit einem Mittel zum Bördeln oder einem ähnlichen Mittel um das Loch 5 herum ausbildet werden. Bei der Dimensionierung des Kragens 5 ist es vorgesehen, dass der Innendurchmesser des entstehenden Lochs 5 mit Kragen 7 das oben beschriebene Untermaß aufweist.
Zur Formgestaltung des Lochs 5 können auch andere geeignete Formen, wie ein Drei- oder ein n-Eck oder eine Kleeblattstruktur genutzt werden. Ein Beispiel einer Ausführung des Lochs 5 in Form einer Kleeblattstruktur ist in der 4 dargestellt.
Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung, in der die Stromschiene 1 mit einem am ersten Ende 3 im Bereich des Lochs 5 ausgeformten Kragen 7 auf einen Durchführungskontakt 6 aufgepresst worden ist und derart mechanisch stabil und elektrisch leitend mit dem Durchführungskontakt 6 verbunden wurde. Zu erkennen ist der in einer in einem Motorgehäuse 8 eingebrachten Bohrung angeordnete Durchführungskontakt 6, welcher mittels einer Isolationshülse 9 gegenüber dem Motorgehäuse elektrisch isoliert ist.
Das zweite Ende 4 der Stromschiene 1 ist in einem Winkel von beispielsweise 90 Grad gebogen und somit abgewinkelt ausgeführt. Dieses abgewinkelte Ende der Stromschiene 1 kann durch eine hierfür vorgesehene Öffnung in der Leiterplatte 10 geführt und mit einer Leiterbahn der Leiterplatte 10 beispielsweise auf der einem Motorgehäuse 8 abgewandten Seite der Leiterplatte 10 verlötet werden. Die Leiterplatte 10 ist nur symbolisch dargestellt und kann die zur Ansteuerung des Motors notwendigen Baugruppen oder Bauelemente, welche zu einem Inverter zugehörig sein können, aufnehmen.
In der 6 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Kontaktierung eines elektrischen Motors (Einpressvorgang) mit den erfindungsgemäßen Stromschienen 1 in einem ersten Zustand dargestellt. Dieser Zustand entspricht dem Beginn des Einpressvorgangs, in welchem die benötigten Einzelteile bereitgestellt und in ihre entsprechenden Positionen gebracht wurden.
Zur Vorbereitung des Verfahrens wird eine Halteplatte 11 bereitgestellt. Diese Halteplatte 11 weist beispielsweise Vertiefungen zur Aufnahme der zur Kontaktierung benötigten Stromschienen 1 auf. Diese Vertiefungen habe die Aufgabe, die eingelegten Stromschienen 1 während der Durchführung des Einpressvorgangs in ihrer Position zu halten. Alternative Mittel zum Fixieren der Stromschienen 1 auf der Halteplatte 11 sind möglich.
Die Halteplatte 11 weist beispielsweise Senkbohrung auf, welche in ihrer Lage mit den Löchern 5 der eingelegten Stromschienen 1 übereinstimmen. Diese Senkbohrungen sind in ihrem jeweiligen Durchmesser größer ausgeführt als der Durchmesser des in das Loch 5 der Stromschiene 1 einzupressenden Durchführungskontakts 6 und ermöglichen somit einen Einpressvorgang ohne dass der Durchführungskontakt 6 mit der Halteplatte 11 in Kontakt kommt.
Die 6 zeigt den Fall, dass ein dreiphasiger Elektromotor mit drei Durchführungskontakten 6 kontaktiert werden soll. Somit weist die Halteplatte 11 drei zur Aufnahme von drei Stromschienen 1 geeignete Vertiefungen auf, in welche die drei Stromschienen 1 eingelegt dargestellt sind. Die 6 zeigt nur eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Einpressvorgangs und lässt den genauen Verlauf der eingelegten Stromschienen 1 nicht genau erkennen. Deutlich dargestellt sind aber die drei nach unten abgewinkelten zweiten Enden der drei Stromschienen 1 sowie die drei ersten Enden 3 mit ihren Löchern 5.
Vor dem Beginn des Einpressvorgangs wird auch ein hermetisch verschließbares Motorgehäuse 8 oder ein entsprechender Teil eines Motorgehäuses 8 bereitgestellt, welcher die Bohrungen zur Aufnahme der Durchführungskontakte 6 aufweist. In diese Bohrungen, welche kegelförmig ausgeführt wurden, sind die Isolationshülsen 9 eingelegt oder bereits befestigt angeordnet.
Wie in der 6 dargestellt, wird ebenfalls ein in das Motorgehäuse 8 einzubringender Stator 12 bereitgestellt, welcher bereits mit den in die Stromschienen 1 einzupressenden Durchführungskontakten 6 vormontiert wurde. Bei dem dargestellten dreiphasigen Motor ist der Stator 12 mit drei Durchführungskontakten 6 verbunden vormontiert.
Zu Beginn des Einpressvorgangs werden die Stromschienen 1 in die Halteplatte 11 an den dafür vorgesehenen Positionen eingelegt. Nachfolgend wird das Motorgehäuse 8 oder der entsprechende Teil eines Motorgehäuses 8 über der Halteplatte 11 ausgerichtet und auf die Halteplatte 11 aufgelegt. Die Ausrichtung erfolgt derart, dass die im Motorgehäuse 8 eingebrachten Kegelbohrungen zur Aufnahme der Durchführungskontakte 6 senkrecht über den Löchern 5 der Stromschienen 1 positioniert werden.
Weiterhin wird der Stator 12 mit seinen vormontierten Durchführungskontakten 6 mittels einer nicht dargestellten Halterung derart über dem Motorgehäuse 8 angeordnet und ausgerichtet, dass er in das Motorgehäuse 8 eingeschoben werden kann. Außerdem erfolgt die Ausrichtung des Stators 12 derart, dass die Durchführungskontakte 6 beim nachfolgenden Einpressvorgang die Löcher 5 der Stromschienen 1 erreichen werden. Die Löcher 5 befinden sich also in der gedachten Verlängerung der Durchführungskontakte 6.
Die Halterung ist derart gestaltet, das diese gleichzeitig Kräfte 13 auf die mit den Pfeilspitzen gezeigten Punkte ausüben kann. Durch eine auf die Halterung einwirkende äußere Kraft 13 und deren Übertragung in diese Punkte wird der Stator 12 und die Durchführungskontakte 6 in die Richtung der Halteplatte 11 verschoben und derart der Stator 12 in das Motorgehäuse 8 eingelassen beziehungsweise in das Motorgehäuse 8 eingepresst.
Während der Stator 12 mit den vormontierten Durchführungskontakten 6 beispielsweise kontinuierlich in das Motorgehäuse 8 eingepresst wird, verringert sich der Abstand zwischen den Durchführungskontakten 6 und den entsprechenden Bohrungen im Motorgehäuse 8 immer weiter, bis die Durchführungskontakte 6 in die Bohrungen sowie die in den Bohrungen angeordneten Isolationshülsen 9 einfädeln.
Im weiteren Verlauf des Einpressvorgangs erreichen die Durchführungskontakt 6 die Löcher 5 der zugehörigen Stromschienen 1 und werden in diese vorgefertigten Löcher 5 eingepresst. Durch das Untermaß der Löcher 5 werden die Durchführungskontakte 6 mit den Stromschienen 1 mittels einer Kaltverschweißung kontaktiert.
Hat die Halterung ihre Endposition erreicht, ist der Einpressvorgang beendet und sowohl der Stator 12 in das Motorgehäuse 8 als auch die Durchführungskontakte 6 in die Löcher 5 der Stromschienen 1 eingepresst worden. Der abgeschlossene Einpressvorgang, bei welchem die Halterung ihre Endposition erreicht hat, ist in der 7 dargestellt.
Die entstandene Einheit, bestehend aus Motorgehäuse 8, Durchführungskontakten 6 und Stromschienen 1 wird aus der Halteplatte 11 entnommen. Somit ist der Einpressvorgang abgeschlossen und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Stromschienen 1, den Durchführungskontakten 6 und den Wicklungen des Stators 12 hergestellt. Nachfolgend kann beispielsweise noch eine Leiterplatte 10 angebracht und mit den zweiten Enden 4 der Stromschienen 1 verlötet werden.
In der 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Motorgehäuses 8 mit Durchführungskontakten 6 und aufgepressten Stromschienen 1 gezeigt. In der Darstellung sind drei Stromschienen 1 in entsprechenden in einem Motorgehäuse 8 vorgesehenen Kanälen isoliert zum Motorgehäuse 8 angeordnet. Die Stromschienen 1 weisen an ihren ersten Enden 3 im Bereich des Lochs 5 jeweils einen Kragen 7 auf und sind jeweils auf den zugehörigen Durchführungskontakt 6 aufgepresst dargestellt. Die jeweils zweiten Enden 4 der Stromschienen 1 sind rechtwinklig gebogen ausgeführt und enden nebeneinander im linken oberen Bereich der 8. Vorgesehen ist es, die derart vorbereiteten und angeordneten zweiten Enden 4 mit einer nicht dargestellten Leiterplatte 10 zu kontaktieren. Wie in der 8 zu erkennen ist, kann die Form der Stromschiene von einem geradlinigen Verlauf abweichen und an konstruktive Erfordernisse angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1, 1': Stromschiene
2: Federkontakthülse
3: erstes Ende
4: zweites Ende
5: Loch
6: Durchführungskontakt
7: Kragen / Rand
8: Motorgehäuse
9: Isolationshülse
10: Leiterplatte
11: Halteplatte
12: Stator
13: Kraft (F)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015103053 A1 [0004]
DE 102004017659 A1 [0010]

Claims

Stromschiene (1) zur Kontaktierung eines Durchführungskontakts (6) eines elektrischen Motors, wobei die Stromschiene (1) ein erstes Ende (3) und ein zweites Ende (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Ende (3) der Stromschiene (1) ein ein Untermaß gegenüber dem Durchmesser des Durchführungskontakts (6) aufweisendes Loch (5) angeordnet ist.
Stromschiene (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Loch (5) ein das Loch (5) umgebender Kragen (7) angeordnet ist.
Stromschiene (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch (5) rund, oval, n-eckig oder eine Form eines Kleeblatts aufweist.
Stromschiene (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (4) der Stromschiene (1) in einem Winkel von 30°, 45° oder 90° abgewinkelt angeordnet ist.
Stromschiene (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (4) der Stromschiene (1) mit Leiterzügen einer Leiterplatte (10) verbunden angeordnet ist.
Verfahren zur Kontaktierung eines Durchführungskontakts (6) eines elektrischen Motors, wobei eine Stromschiene (1) mit dem Durchführungskontakt (6) elektrisch leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromschiene (1) bereitgestellt wird, welche an einem ersten Ende (3) der Stromschiene (1) ein ein Untermaß gegenüber dem Durchmesser des Durchführungskontakts (6) aufweisendes Loch (5) aufweist und dass die Kontaktierung eines Durchführungskontakts (6) eines elektrischen Motors mit dem Loch (5) der bereitgestellten Stromschiene (1) in einem Arbeitsschritt mit einem Einpressen eines mit den Durchführungskontakten (6) verbundenen Stators (12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) mit einem das Loch (5) umgebenden Kragen (7) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) mit einer Biegung oder einem Knick für einen Toleranzausgleich bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) mit einem in einem Winkel von 30°, 45° oder 90° abgewinkelten zweiten Ende (4) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (1) mit ihrem ersten Ende (3) über den Durchführungskontakt (6) mit einer Statorwicklung eines Motors und mit ihrem zweiten Ende (4) mit einem Leiterzug einer Leiterplatte (10) kontaktiert wird, wobei auf der Leiterplatte (10) die zur Ansteuerung des Motors benötigten Bauelemente angeordnet sind, welche eine Inverterschaltung bereitstellen.