-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die bspw. für ein Antriebssystem als Elektromotor oder als Generator eingesetzt werden kann. Insbesondere zielt die Erfindung auf einen Stator einer solchen elektrischen Maschine ab und dabei konkret auf die im bzw. am Stator vorgesehenen Statorzähne.
-
Bei der Montage einer elektrischen Maschine wird der Statorring typischerweise in das Statorgehäuse eingeschrumpft. Speziell bei elektrischen Maschinen, bei denen der Rotor als Innenläufer ausgebildet und der Stator aus einer Vielzahl von Einzelzähnen zusammengesetzt ist, stellt sich bei dem Einschrumpfen das Problem, dass es während des Einschrumpfens des Stators in das Maschinengehäuse zu einer Verformung des Statorrings kommen kann, welche durch die Toleranzkette der vielen einzelnen, aneinander gereihten Statorzähne bedingt ist.
-
Als Folge dessen müssen die Polschuhe des hierbei typischerweise elliptisch verformten Statorrings abgeschliffen werden, damit die radiale Innenseite des Statorrings die vorgesehene runde Form annimmt, so dass der Rotor innerhalb des Stators und vorzugsweise mit gleichmäßigem Luftspalt positioniert werden kann. Die jedoch aufgrund des Abschleifens resultierende Fertigungsabweichung von der optimalen elektromagnetischen Auslegung des Stators führt dazu, dass es zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten der elektrischen Maschine kommt.
-
Eine Lösung des Problems besteht grundsätzlich darin, dass die Einzelzähne bspw. an ihren Rücken bzw. Zahnfüßen zusammengeschweißt werden, um so eine Verformung des Stators beim Einschrumpfen zu verhindern. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Schweißnähte ggf. bedingt durch hohe mechanische Spannungen aufbrechen können und eine Verformung somit letztendlich nicht verhindert wird.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, eine elektrische Maschine ohne die genannten Probleme herstellen zu können.
-
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der die in Anspruch 1 beschriebenen Statorzahnanordnung sowie mit dem Stator nach Anspruch 12 und der elektrischen Maschine nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
-
Eine Statorzahnanordnung für einen Stator einer elektrischen Maschine umfasst eine Vielzahl von Einzelzähnen, welche jeweils einen einem Rotor der Maschine zugewandten Zahnkopf und einen vom Rotor abgewandten Zahnfuß sowie einen zwischen Zahnkopf und Zahnfuß angeordneten Zahnhals aufweisen und welche in einer tangentialen Richtung gesehen hintereinander angeordnet sind. Dabei sind zueinander benachbart angeordnete Einzelzähne der Statorzahnanordnung an ihren Zahnfüßen mit einer Verbindungseinrichtung der Statorzahnanordnung formschlüssig miteinander verbunden sind. Diese formschlüssige Verbindung bewirkt, dass beim Einschrumpfen die eingangs genannten Effekte nicht auftreten.
-
Die Verbindungseinrichtung umfasst eine Vielzahl von zueinander komplementären Einrichtungen, wobei ein jeder Einzelzahn an den beiden tangentialen Seiten seines Zahnfußes jeweils eine der Einrichtungen aufweist. Die Einzelzähne sind dabei derart mit Einrichtungen versehen und in der tangentialen Richtung gesehen hintereinander angeordnet, dass Einrichtungen an einander zugewandten tangentialen Seiten zweier benachbarter Einzelzähne zueinander komplementär sind und eine formschlüssige Verbindung der jeweils benachbarten Einzelzähne bewirken, wenn sie ineinander positioniert sind.
-
„Zueinander komplementäre Einrichtungen“ soll hierbei meinen, dass eine jede Einrichtung aus einer ersten Teilmenge der Einrichtungen komplementär zu einer jeden Einrichtung aus einer zweiten Teilmenge der Einrichtungen ist. Des Weiteren drückt der Begriff „ineinander positioniert“ aus, dass die eine Einrichtung innerhalb der hierzu komplementären Einrichtung positioniert werden kann. Aufgrund der Komplementarität der Einrichtungen gilt dabei, dass sich die ineinander positionierten Einrichtungen mit ihren jeweiligen inneren und äußeren Oberflächen idealerweise im Wesentlichen lückenlos bzw. vollflächig berühren.
-
Ein Teil bzw. eine erste Teilmenge der Einrichtungen ist in Form von nutartigen Vertiefungen und ein anderer Teil bzw. eine zweite Teilmenge der Einrichtungen ist in Form von zu den Vertiefungen komplementären Vorsprüngen realisiert. Vertiefungen und Vorsprünge können derart ausgestaltet sein, dass sie formschlüssig zueinander passen.
-
Die Verbindungseinrichtung kann also bspw. derart zum formschlüssigen Verbinden zweier benachbarter, ein Paar bildender Einzelzähne aus der Vielzahl von Einzelzähnen ausgebildet sein, dass an einem ersten der beiden Einzelzähne des Paares eine nutartige Vertiefung vorgesehen ist, welche an einer ersten tangentialen, dem anderen Einzelzahn des Paares zugewandten Seite des Zahnfußes dieses ersten Einzelzahns angeordnet ist, und dass am zweiten der beiden Einzelzähne des Paares ein zur Vertiefung komplementärer Vorsprung vorgesehen ist, welcher an einer tangentialen, dem ersten Einzelzahn des Paares zugewandten Seite des Zahnfußes des zweiten Einzelzahns angeordnet ist.
-
In einer symmetrischen Ausführung eines Einzelzahns sind die Einrichtungen an beiden tangentialen Seiten des Zahnfußes eines jeweiligen Einzelzahns gleichartig, d.h. entweder es befinden sich an einem jeweiligen Einzelzahn an beiden tangentialen Seiten des Zahnfußes nutartige Vertiefungen oder an beiden tangentialen Seiten des Zahnfußes sind die zu den nutartigen Vertiefungen komplementären Vorsprünge vorgesehen.
-
Die so gebildeten Einzelzähne sind demnach in der axialen Blickrichtung symmetrisch.
-
In einer unsymmetrischen Ausführung eines Einzelzahns sind die an den beiden tangentialen Seiten des Zahnfußes eines jeweiligen Einzelzahns angeordneten Einrichtungen komplementär zueinander, d.h. an einer tangentialen Seite befindet sich eine nutartige Vertiefung und an der anderen Seite befindet sich der hierzu komplementäre Vorsprung. Die so gebildeten Einzelzähne sind demnach in der axialen Blickrichtung unsymmetrisch.
-
In einer Ausführungsform können für zumindest zwei benachbarte Einzelzähne, idealerweise aber für alle Einzelzähne, die an den einander zugewandten tangentialen Seiten dieser benachbarten Einzelzähne angeordneten Einrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie miteinander eine Schwalbenschwanzverbindung bilden können. Dies bedeutet letztlich, dass in der axialen Richtung gesehen die Querschnitte von Vertiefungen sowie von den hierzu komplementären Vorsprüngen im Wesentlichen trapezförmig sind, wobei die kurze Seite des Trapezes am Zahnfuß liegt und die lange Seite vom Zahnfuß abgewandt ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform können für zumindest zwei benachbarte Einzelzähne, idealerweise aber für alle Einzelzähne, die an den einander zugewandten tangentialen Seiten dieser benachbarten Einzelzähne angeordneten Einrichtungen derart ausgebildet sein, dass sie miteinander eine Rundkopfverbindung bilden können. Dies bedeutet letztlich, dass in der axialen Richtung gesehen die Querschnitte von Vertiefungen sowie von den hierzu komplementären Vorsprüngen im Wesentlichen rund bzw. kreisförmig, oval oder elliptisch sind.
-
Sowohl bei der Ausführung als Schwalbenschwanzverbindung als auch bei der mit Rundkopfverbindung können die Einrichtungen an der jeweiligen tangentialen Seite des jeweiligen Zahnfußes in einer axialen Richtung verlaufen.
-
In einer weiteren Ausführungsform können für zumindest zwei benachbarte Einzelzähne, idealerweise aber für alle Einzelzähne, die an den einander zugewandten tangentialen Seiten dieser benachbarten Einzelzähne angeordneten Einrichtungen derart ausgebildet sein, dass dort ein Arretierungsmittel der Verbindungseinrichtungen derart platzierbar ist, dass es die formschlüssige Verbindung dieser benachbarten Einzelzähne unterstützt oder im Extremfall allein herstellt, bspw. wenn anders als im Fall der Schwalbenschwanz- oder Rundkopfverbindung allein aufgrund der Formgebung der zueinander komplementären Einrichtungen kein Formschluss erreicht wird.
-
Diese Einrichtungen weisen jeweils eine Öffnung auf, bspw. ein Loch, wobei diese Öffnungen und diese Einrichtungen am jeweiligen Einzelzahn derart angeordnet und ausgebildet sind, dass die Öffnungen in dem Fall, in dem die zumindest zwei Einzelzähne aneinander angeordnet und miteinander verbunden sind, einen gemeinsamen, fortlaufenden Kanal bilden, in dem das Arretierungsmittel zum Unterstützen bzw. ggf. alleinigen Erzeugen der formschlüssigen Verbindung dieser Einzelzähne positionierbar ist.
-
Diese Öffnungen und diese Einrichtungen am jeweiligen Einzelzahn sind idealerweise derart angeordnet und ausgebildet, dass der Kanal in einer axialen Richtung verläuft.
-
Ein Stator für die elektrische Maschine weist eine solche Statorzahnanordnung auf, wobei auf einem jeden Einzelzahn eine Wicklung zum Führen eines elektrischen Stroms platziert ist. Die elektrische Maschine ihrerseits umfasst diesen Stator und einen Rotor, welcher als Innenläufer ausgebildet und radial innerhalb des Stators angeordnet ist.
-
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept liegt darin, die Statorzähne formschlüssig ineinandergreifend miteinander zu einem vollständigen Statorring zu verbinden, um letztlich zu verhindern, dass beim Einschrumpfvorgang eine Positionsänderung eines einzelnen Statorzahns möglich ist. Eine designnahe Fertigung, Betrieb des Elektromotors mit maximalem Wirkungsgrad und Reduzierung der Herstellungskosten durch Einsparung von Nachschleifarbeiten sind die Folge.
-
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
-
Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Es ist daher möglich, dass sich bei der Beschreibung einer zweiten Figur zu einem bestimmten Bezugszeichen, welches bereits im Zusammenhang mit einer anderen, ersten Figur erläutert wurde, keine näheren Erläuterungen finden. In einem solchen Fall kann bei der Ausführungsform der zweiten Figur davon ausgegangen werden, dass die dort mit diesem Bezugszeichen gekennzeichnete Komponente auch ohne nähere Erläuterung im Zusammenhang mit der zweiten Figur die gleichen Eigenschaften und Funktionalitäten aufweist, wie im Zusammenhang mit der ersten Figur erläutert. Des Weiteren werden der Übersichtlichkeit wegen teilweise nicht sämtliche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren dargestellt, sondern nur diejenigen, auf die in der Beschreibung der jeweiligen Figur Bezug genommen wird.
-
Es zeigen:
- 1 eine bekannte elektrische Maschine,
- 2 einen Statorzahn in einer ersten Ausführungsform,
- 3 eine Statorzahnanordnung gemäß der ersten Ausführungsform,
- 4 einen Statorzahn in einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine Statorzahnanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform,
- 6 einen Statorzahn in einer dritten Ausführungsform,
- 7 eine Statorzahnanordnung gemäß der dritten Ausführungsform,
- 8 eine Schicht des Statorzahns in der dritten Ausführungsform,
- 9 eine weitere Schicht des Statorzahns in der dritten Ausführungsform,
- 10 eine erste Variante des Statorzahns der zweiten Ausführungsform,
- 11 eine zweite Variante des Statorzahns der zweiten Ausführungsform,
- 12 eine Statorzahnanordnung gemäß der Varianten der dritten Ausführungsform.
-
Es sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“, „radial“, „tangential“ etc. auf die in der jeweiligen Figur bzw. im jeweils beschriebenen Beispiel zum Einsatz kommende Achse beziehen. Mit anderen Worten beziehen sich die Richtungen axial, radial, tangential stets auf eine Drehachse des Rotors und damit auf die entsprechende Symmetrieachse des Stators. Dabei beschreibt „axial“ eine Richtung parallel zur Achse, „radial“ beschreibt eine Richtung orthogonal zur Achse, auf diese zu oder auch von ihr weg, und „tangential“ ist eine Richtung, die in konstantem radialen Abstand zur Achse und bei konstanter Axialposition kreisförmig um die Achse herum gerichtet ist. Der Ausdruck „in Umfangsrichtung“ ist mit „tangential“ gleichzusetzen.
-
In Bezug auf eine Fläche, bspw. eine Querschnittsfläche, beschreiben die Begriffe „axial“, „radial“, „tangential“ etc. die Orientierung den Normalenvektors der Fläche, d.h. desjenigen Vektors, der senkrecht auf der betroffenen Fläche steht.
-
Der Begriff „benachbart“ soll im Zusammenhang mit Bauteilen, bspw. mit Spulen oder Statorzähnen, ausdrücken, dass sich im Falle von „benachbarten Bauteilen“ zwischen diesen beiden Bauteilen insbesondere kein weiteres derartiges Bauteil befindet, sondern höchstens ein leerer Zwischenraum.
-
Unter dem Ausdruck „koaxiale Bauteile“, bspw. koaxiale Komponenten wie Rotor und Stator, werden hier Bauteile verstanden, die gleiche Normalenvektoren aufweisen, für die also die von den koaxialen Bauteilen definierten Ebenen parallel zueinander sind. Des Weiteren soll der Ausdruck beinhalten, dass die Mittelpunkte koaxialer Bauteile auf der gleichen Rotations- bzw. Symmetrieachse liegen. Diese Mittelpunkte können jedoch auf dieser Achse ggf. an verschiedenen axialen Positionen liegen und die genannten Ebenen also einen Abstand >0 voneinander haben. Der Ausdruck verlangt nicht zwangsläufig, dass koaxiale Bauteile den gleichen Radius haben.
-
Der Begriff „passgenau“ soll zum Ausdruck bringen, dass ein „passgenau“ in oder an einem anderen Bauteil platziertes Bauteil dort ohne Spiel bzw. Bewegungsfreiheit platziert ist.
-
Der Begriff „komplementär“ meint im Zusammenhang mit zwei Komponenten, welche „komplementär“ zueinander sind, dass ihre äußeren Formen derart ausgestaltet sind, dass die eine Komponente vorzugsweise vollständig in der zu ihr komplementären Komponente angeordnet werden kann, so dass sich die innere Oberfläche der einen Komponente und die äußere Oberfläche der anderen Komponente idealerweise lückenlos bzw. vollflächig berühren. Konsequenterweise ist also im Falle von zwei zueinander komplementären Gegenständen die äußere Form des einen Gegenstandes durch die äußere Form des anderen Gegenstandes festgelegt. Der Begriff „komplementär“ könnte durch den Begriff „invers“ ersetzt werden.
-
Der Übersichtlichkeit wegen werden in den Figuren teilweise in den Fällen, in denen Bauteile mehrfach vorhanden sind, häufig nicht sämtliche dargestellten Bauteile mit Bezugszeichen versehen. Dies gilt bspw. für die Bezugszeichen 112, 121, 122.
-
Die 1 zeigt stark vereinfacht ein System 1, bspw. ein Antriebssystem eines elektrischen Flugzeugs, mit einer exemplarisch als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Maschine 100, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Es sei erwähnt, dass die elektrische Maschine 100 in ähnlichem Aufbau grundsätzlich auch als Generator betrieben werden kann. Weiterhin sei betont, dass der Aufbau der im Folgenden beschriebenen Maschine 100 stark vereinfacht ist und lediglich zur Veranschaulichung der grundsätzlichen Funktionsweise des Elektromotors bzw. der elektrischen Maschine dient. Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, dass je nach konkreter gewünschter Ausbildung der elektrischen Maschine 100 als Generator oder als Elektromotor und/oder als bspw. Radial- oder Axialflussmaschine mit einem als Innen- oder auch als Außenläufer ausgebildeten Rotor etc. die verschiedenen Komponenten der Maschine 100 unterschiedlich angeordnet sein können. Im hier diskutierten Fall ist jedoch die Maschine mit einem als Innenläufer ausgebildetem Rotor von Interesse.
-
Der Elektromotor 100 weist eine im Wesentlichen ringförmige bzw. hohlzylindrische Statorzahnanordnung 120 sowie einen hier als Innenläufer ausgebildeten, im Wesentlichen zylindrischen Rotor 110 auf, wobei der Rotor 110 innerhalb der Statorzahnanordnung 120 und konzentrisch zu diesem angeordnet ist und im Betriebszustand des Elektromotors 100 um eine Rotationsachse rotiert. Der Rotor 110 bzw. sein im Wesentlichen zylindrischer Rotorgrundkörper 111 ist drehfest mit einer Welle 130 verbunden, so dass eine Rotation des Rotors 110 über die Welle 130 auf eine nicht dargestellte anzutreibende Komponente, bspw. auf einen Propeller eines Flugzeugs, übertragbar ist.
-
Die Statorzahnanordnung 120, welche den wesentlichen Teil des Stators der elektrischen Maschine bildet, weist eine Vielzahl von einzelnen Statorzähnen 122 sowie erste magnetische Mittel 121 auf, die bspw. als Wicklungen 121 eines Statorwicklungssystems realisiert sein können. Jede der Wicklungen 121 ist jeweils auf einen der Statorzähne 122 der Statorzahnanordnung 120 gewickelt und im Betriebszustand des Elektromotors 100 von einem elektrischen Strom durchflossen, so dass magnetische Felder erzeugt werden. Der Rotor 110 weist zweite magnetische Mittel 112 auf, die bspw. als Permanentmagnete 112 ausgebildet und an einer der Statorzahnanordnung 120 zugewandten Oberfläche des Rotorgrundkörpers 111 angeordnet sein können.
-
Die ersten und die zweiten magnetischen Mittel 121, 112 sind derart ausgebildet und durch einen Luftspalt 150 voneinander beabstandet zueinander angeordnet, dass sie im Betriebszustand des Elektromotors 100 elektromagnetisch miteinander wechselwirken. Dieses Konzept einschließlich der Bedingungen für die Ausbildung und genaue Anordnung der magnetischen Mittel 112, 121 bzw. von Rotor 110 und Statorzahnanordnung 120 sind an sich bekannt und werden daher im Folgenden nicht näher erläutert. Es sei lediglich erwähnt, dass zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor die Statorwicklungssystem bzw. dessen Wicklungen 121 mit Hilfe einer Stromquelle 200, 300 mit elektrischen Strömen beaufschlagt wird, die bewirken, dass die Wicklungen 121 dementsprechende Magnetfelder erzeugen, welche mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete 112 des Rotors 110 in elektromagnetische Wechselwirkung treten. Dies resultiert darin, dass auf die Permanentmagnete 112 ein Drehmoment in einer tangentialen Richtung bzw. Umfangsrichtung wirkt, welches unter der Voraussetzung, dass die Permanentmagnete 112 ausreichend fest mit dem Rotorgrundkörper 111 verbunden sind, darin resultiert, dass bei geeigneter Ausbildung und Anordnung der genannten Komponenten zueinander der Rotor 110 und mit ihm die Welle 130 in Rotation versetzt werden.
-
Die Stromquelle 200, 300 umfasst eine elektrische Energiequelle 300, bspw. eine Batterie oder einen elektrischen Generator, und eine Leistungselektronik 200, die die von der Energiequelle 300 bereit gestellte elektrische Energie in das momentan vom Elektromotor 100 zum Erbringen der bspw. von einem Betreiber des Systems 1 angeforderten Leistung benötigte Strom-/Spannungssignal wandelt. Die Steuerung und/oder Regelung des Systems 1 erfolgt in Abhängigkeit von Eingaben eines Betreibers des Systems 1 durch ein Kontrollsystem 500. Der Betreiber des Systems 1 kann je nach Anwendung des Systems 1 bspw. ein Pilot oder ein Fahrer oder aber der Nutzer einer Industrieanlage sein, welche ein solches Antriebssystem einsetze. Je nach Automatisierungsgrad kann der Betreiber jedoch auch ein übergeordnetes Kontroll-, Steuerungs- und/oder Regelungssystem des Systems sein, bspw. dann, wenn das System 1 kein Antriebssystem darstellt, sondern etwa eine Industrieanlage mit einer derartigen elektrischen Maschine 100.
-
Dieses Konzept der Ausbildung der elektrischen Maschine 100 als Elektromotor kann als bekannt vorausgesetzt werden. Auch die alternative Konfiguration und Verwendung der elektrischen Maschine 100 als Generator kann als bekannt vorausgesetzt werden. In letzterem Betriebsmodus ist in der 1 insbesondere die Komponente 300 als Verbraucher zu verstehen, bspw. wiederum als aufladbare Batterie und/oder als Elektromotor. Ein vom Generator 100 geliefertes Strom-/Spannungssignal wird von der Leistungselektronik 200 in ein vom Verbraucher verarbeitbares Strom-/Spannungssignal gewandelt. Beide Ausbildungen der elektrischen Maschine 100 werden aufgrund der Bekanntheit der Konzepte im Folgenden nicht weiter detailliert.
-
Jeder Einzelzahn 122 weist in dieser sowie auch in den übrigen Ausführungsformen einen im zusammengebauten Zustand der Maschine 100 dem Rotor 110 der Maschine 100 zugewandten Zahnkopf 122k, einen vom Rotor 110 abgewandten Zahnfuß 122f und einen zwischen Zahnkopf 122k und Zahnfuß 122f angeordneten Zahnhals 122h auf. Dies ist bspw. in der Darstellung der 2 erkennbar. In der positiven sowie auch in der negativen tangentialen Richtung T erstrecken sich Zahnkopf 122k und Zahnfuß 122f über den Zahnhals 122h hinaus. Am Zahnhals 122h befindet sich typischerweise die jeweilige Statorwicklung, was in den folgenden Figuren jedoch der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist. Die Gesamtheit der Zahnfüße 122f bildet letztlich einen Ring, der die Funktion des Statorjoches übernehmen kann.
-
Wie bereits einleitend erwähnt sind die Einzelzähne 122 üblicherweise im Bereich der Zahnfüße 122f, bspw. an den radial außen liegenden Kontaktstellen zweier benachbarter Einzelzähne 122, miteinander verschweißt. Dies ist in der 1 jedoch nicht dargestellt. Die Statorzähne 122 in den hier beschriebenen Ausführungsformen weisen dagegen Verbindungseinrichtungen 125 auf, mit deren Hilfe zwei benachbarte Einzelzähne 122 formschlüssig miteinander verbunden werden können.
-
In der ersten Ausführungsform, welche in den 2 und 3 dargestellt ist, ist die Verbindungseinrichtung 125 nach Art einer Nut-Feder-Verbindung ausgebildet. Jeder Einzelzahn 122 weist dementsprechend eine nutartige Vertiefung 126 sowie einen zur Vertiefung 126 komplementären Vorsprung 127 auf. Die Vertiefung 126 ist an einer Seite 122-t1 der beiden sich in der Umfangsrichtung bzw. in der tangentialen Richtung gegenüber liegenden Seiten 122-t1, 122-t2 des Zahnfußes 122f angeordnet und erstreckt sich in der tangentialen Richtung in den Zahnfuß 122f hinein. Der Vorsprung 127 ist an der entsprechend anderen tangentialen Seite 122-t2 desselben Zahnes 122 angeordnet und erstreckt sich in der tangentialen Richtung vom Zahnfuß 122f weg. Sowohl die Vertiefung 126 als auch der Vorsprung 127 verlaufen im Zahnfußbereich 122f des jeweiligen Einzelzahns 122 in axialer Richtung entlang der jeweiligen Seite 122-t21, 122-t2.
-
Aufgrund der zueinander komplementären Ausbildungen von Vertiefung 126 und Vorsprung 127 kann der Vorsprung 127 eines ersten Einzelzahns 122 passgenau und eine formschlüssige Verbindung bildend innerhalb der Vertiefung 126 eines zweiten, benachbart zum ersten Zahn 122 anzuordnenden Einzelzahns 122 positioniert werden, bspw. indem der Vorsprung 127 des ersten Zahns 122 in der axialen Richtung in die Vertiefung 126 des zweiten Zahns 122 geschoben wird.
-
Die Verbindungseinrichtung 125 und dabei insbesondere die Vertiefungen 126 und die Vorsprünge 127 sind ausgebildet, dass der jeweilige Formschluss im Grunde nur in der axialen Richtung keine Wirkung hat, während die mit der Verbindungseinrichtung 125 verbundenen benachbarten Einzelzähne 122 in radialer und in tangentialer Richtung keinen gegenseitigen Bewegungsfreiheitsagrad haben.
-
In der ersten Ausführungsform ist der Vorsprung 127 als Rundkopf ausgebildet und weist dementsprechend in der axialen Richtung gesehen einen Bereich 127-2 mit im Wesentlichen rundem Querschnitt auf. Dieser runde Bereich 127-2 ist über eine stegartige Verbindung 127-1 mit der zweiten Seite 122-t2 verbunden. Die an der ersten Seite 122-t1 ausgebildete Vertiefung 126 ist wie bereits erwähnt komplementär zu diesem Rundkopf-Vorsprung 127 ausgebildet, weist also einen Bereich 126-2 auf, in dem der runde Bereich 127-2 passgenau positioniert werden kann, sowie einen Bereich 126-1 für die stegartige Verbindung 127-1.
-
Die 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht drei benachbarte der Vielzahl von Einzelstatorzähnen 122 in der ersten Ausführungsform, wobei jeweils bei benachbart angeordneten Einzelzähnen 122 der Vorsprung 127 des einen Einzelzahns 122 in der Vertiefung 126 des benachbarten Einzelzahns 122 positioniert ist, so dass diese benachbarten Zähne 122 formschlüssig miteinander verbunden sind. Die übrigen, die Statorzahnanordnung 120 bildenden aber hier nicht dargestellten Einzelzähne der Statorzahnanordnung 120 sind dementsprechend ausgebildet und derart angeordnet, dass letztlich die im Wesentlichen ringförmige Statorzahnanordnung 120 gebildet wird.
-
In der zweiten Ausführungsform, welche in den 4 und 5 dargestellt ist, ist die Verbindungseinrichtung 125 ebenfalls nach Art einer Nut-Feder-Verbindung ausgebildet, wobei wiederum jeder Einzelzahn 122 einen Vorsprung 127 sowie eine zum Vorsprung 127 komplementäre nutartige Vertiefung 126 aufweist, welche entsprechend der ersten Ausführungsform und wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben an den beiden Seiten 122-t1, 122-t2 ausgebildet sind und welche wiederum in der axialen Richtung entlang der jeweiligen Seite 122-t1, 122-t2 des Zahnfußes 122f verlaufen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform, bei der der Vorsprung 127 als Rundkopf und die Vertiefung 126 dementsprechend komplementär ausgebildet sind, ist die Verbindungseinrichtung 125 in der zweiten Ausführungsform als Schwalbenschanzverbindung ausgebildet. Dementsprechend hat der Vorsprung 127 einen in der axialen Richtung gesehen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt, wobei dessen kurze Seite dem Zahnfuß 122f zugewandt und die lange Seite vom Zahnfuß 122f abgewandt ist.
-
Aufgrund der zueinander komplementären Ausbildungen von Vertiefung 126 und Vorsprung 127 kann auch in der zweiten Ausführung der Vorsprung 127 eines ersten Einzelzahns 122 passgenau und eine formschlüssige Verbindung bildend innerhalb der Vertiefung 126 eines zweiten, benachbart zum ersten Zahn 122 anzuordnenden Einzelzahns 122 positioniert werden. Dies ist in der 5 wieder anhand von drei zueinander benachbart angeordneten Einzelzähnen 122 demonstriert.
-
Auch in der dritten Ausführungsform, welche in den 6 und 7 dargestellt ist, wird mit Hilfe der Verbindungseinrichtung 125 letztlich erreicht, dass zueinander benachbart angeordnete Einzelzähne 122 formschlüssig miteinander verbindbar sind. Um die spezielle Ausbildung der Verbindungseinrichtung 125 in der dritten Ausführungsform verdeutlichen zu können, ist der Einzelzahn 122 in der 6 perspektivisch dargestellt.
-
Ein jeder Einzelzahn 122 weist wieder an einer Seite 122-t1 der beiden tangentialen Seiten 122-t1, 122-t2 des Zahnfußes 122f eine Vertiefung 126 und an der anderen Seite 122-t2 einen Vorsprung 127 auf. Der Vorsprung 127 ist wiederum komplementär zur Vertiefung 126 ausgebildet, so dass der Vorsprung 127 eines Statorzahnes 122 passgenau in der Vertiefung 126 eines benachbarten weiteren Einzelzahnes 122 positioniert werden kann. Im Unterschied zur ersten und zur zweiten Ausführungsform sind die Vertiefung 126 und der Vorsprung 127 der dritten Ausführungsform jedoch nicht derart geformt, dass die jeweilige Verbindungseinrichtung 125 allein durch die Ausbildung von Vertiefung 126 und Vorsprung 127, d.h. ohne ein zusätzliches Mittel, eine gegenseitige Fixierung von mit der Verbindungseinrichtung 125 verbundenen benachbarten Einzelzähnen 122 erreicht. Diese Fixierung wird in der dritten Ausführungsform anders erreicht, nämlich durch ein zusätzliches Arretierungsmittel 128 der Verbindungseinrichtung 125, bspw. ein Stift, welcher durch entsprechend ausgebildete und angeordnete Öffnungen bzw. Löcher 126L, 127L an bzw. in der Vertiefung 126 sowie an bzw. in dem Vorsprung 127 geschoben und dort fixiert werden kann. Diese Vertiefung 126, der Vorsprung 127 sowie die dort vorgesehenen Löcher 126L, 127L sind am jeweiligen Einzelzahn 122 derart angeordnet und ausgebildet, dass die Löcher 126L, 127L in dem Fall, in dem die Einzelzähne 122 benachbart aneinander angeordnet und miteinander verbunden sind, einen gemeinsamen, fortlaufenden Kanal 128K bilden, in dem der jeweilige Stift 128 zum Unterstützen bzw. Herstellen der formschlüssigen Verbindung dieser Einzelzähne 122 positionierbar ist.
-
Wenn also zwei Einzelzähne 122 derart benachbart zueinander positioniert sind, dass der Vorsprung 127 eines der Einzelzähne 122 passgenau in der entsprechenden Vertiefung 127 des benachbarten Einzelzahnes liegt und zudem der Stift 128 in den Löchern 126L, 127L platziert ist, sind diese beiden Einzelzähne 122 aneinander fixiert.
-
Aufgrund der zueinander komplementären Ausbildungen von Vertiefung 126 und Vorsprung 127 kann auch in der dritten Ausführungsform der Vorsprung 127 eines ersten Einzelzahns 122 passgenau innerhalb der Vertiefung 126 eines zweiten, benachbart zum ersten Zahn 122 anzuordnenden Einzelzahns 122 positioniert werden. Mit Hilfe des jeweiligen Stiftes 128 wird schließlich wiederum eine formschlüssige Verbindung der so zueinander angeordneten Einzelzähne 122 gebildet. Dies ist in der 7 wieder anhand von drei zueinander benachbart angeordneten Einzelzähnen 122 bzw. 122-1, 122-2, 122-3 demonstriert, wobei die Darstellung eine Situation zeigt, in der die Stifte 128 noch nicht in den Löchern positioniert sind. Die gestrichelten Linien deuten die Positionierung lediglich an.
-
In der in den 6 und 7 dargestellten dritten Ausführungsform, welche sich insbesondere durch das zusätzliche Arretierungsmittel 128 von der ersten und der zweiten Ausführungsform unterscheidet, verläuft der Vorsprung 127 an der entsprechenden Seite 122-t2 am Fuß 122f des jeweiligen Statorzahnes 122 in der radialen Richtung und über die komplette radiale Erstreckung LF des Zahnfußes 122f. Die hierzu komplementäre Vertiefung 126 ist dementsprechend ausgebildet und wiederum an der gegenüberliegenden Seite 122-t1 vorgesehen. Die Realisierung dieser speziellen Form des Statorzahnes 122 ist aufgrund des typischerweise geblechten Aufbaus der Statorzahnanordnung 120 bzw. der Zähne 122 vergleichsweise einfach möglich, da lediglich zwei verschieden ausgebildete bzw. geformte Bleche 122a, 122b hergestellt und geeignet gestapelt werden müssen, um die angestrebte Form zu erreichen. Die 8 und 9 zeigen exemplarisch die beiden zur Realisierung der in 6 dargestellten, ebenfalls exemplarischen Form notwendigen, unterschiedlich geformten Blecharten 122a und 122b, die entsprechend aufeinander gestapelt den Statorzahn 122 ergeben. In 9 ist mit gestrichelter Linie zur Veranschaulichung auch der ausgesparte Bereich gekennzeichnet, der letztlich der Vertiefung 126 entspricht.
-
Die bislang erläuterten Ausführungsformen sehen vor, dass an ein und demselben Einzelzahn 122 ein Vorsprung 127 sowie eine dazu komplementäre nutartige Vertiefung 126 vorgesehen sind. Es ist damit möglich, die Statorzahnanordnung 120 mit einer Vielzahl von an sich identischen Einzelzähnen 122 aufzubauen. Alternativ hierzu ist es denkbar, die Statorzahnanordnung 120 basierend auf zwei unterschiedlichen Ausführungen 122', 122" von Einzelzähnen 120 zusammenzusetzen. Bspw. kann eine der Ausführungen von Einzelzähnen 122' an beiden tangentialen Seiten 122 -t1, 122'-t2 Vorsprünge 127 aufweisen, während die andere Ausführung eines Einzelzahns 122" an ihren beiden tangentialen Seiten 122"-t1, 122"-t2 hierzu komplementäre nutartige Vertiefungen 126 aufweist. Diese Zähne 122' bzw. 122", welche bzgl. der radialen Achse R im Wesentlichen spiegelsymmetrisch sind, sind in den 10 bzw. 11 dargestellt, wobei die Vorsprünge 127 bzw. Vertiefungen 126 exemplarisch nach Bauart der bereits erläuterten Schwalbenschwanzverbindung 125 ausgeführt sind. Natürlich können die Vertiefungen 126 und Vorsprünge 127 dieser Einzelzähne 122', 122" auch anders ausgebildet sein, bspw. so wie in den oben beschriebenen übrigen Ausführungsformen, wobei den Ausführungsformen gemein ist, dass jeweils formschlüssige Verbindungen gebildet werden.
-
Die Statorzahnanordnung 120 wird in diesem Fall, wie in der 12 dargestellt, konsequenterweise zusammengesetzt, indem die verschiedenen Einzelzähne 122', 122" abwechselnd hintereinander angeordnet und formschlüssig miteinander verbunden werden.
-
Die verschiedenen erläuterten Ausführungsformen haben gemein, dass die jeweils bewirkte Verbindung zwischen zwei Einzelzähnen 122 bzw. 122', 122" formschlüssig ist, wobei sich vorzugsweise jeweils aneinander angrenzende Seiten 122-t1 bzw. 122'-t1, 122"-t1 und 122-t2 bzw. 122'-t2, 122"-t2 der benachbarten Einzelzähne vollflächig berühren und aufgrund des Formschlusses diese vollflächige Berührung auch bei der einleitend beschriebenen Belastung beim Einschrumpfen bestehen bleibt. Andere Ausführungsformen, mit denen dieser Formschluss erzielbar ist, sind denkbar.
