CN108472772A - 用于制造由相叠的片材组成的片材组的方法以及用于实施这样的方法的设备 - Google Patents

用于制造由相叠的片材组成的片材组的方法以及用于实施这样的方法的设备 Download PDF

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Abstract

为了制造片材组(3)，从电工钢带或金属板中切割出片材，将各所述片材相叠地设置成所述片材组(3)并且将各所述片材在该片材组(3)内彼此连接。在边缘区域中通过借助至少一个工具(9')产生摩擦热而局部塑化片材的材料，使得将至少相邻的片材的材料利用所述工具(9')熔合，从而在被塑化的材料冷却之后这些片材被材料锁合地彼此连接。为此使用的设备具有至少一个冲裁机和/或至少一个用于一个或多个片材组(3)的容纳部。此外，所述设备具有至少一个焊接工具，所述至少一个焊接工具围绕其轴线可转动地被驱动并且能横向于其转动轴线移动。

Description

用于制造由相叠的片材组成的片材组的方法以及用于实施这 样的方法的设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于制造由相叠的片材组成的片材组的方法以及一种根据权利要求12前序部分的用于实施这样的方法的设备。
背景技术
已知从电工金属板中切割出片材并且将这些片材相叠以形成一个片材组。接着将各相叠的片材形锁合地彼此连接。为此，各所述片材设有至少一个凸起部，所述片材以该至少一个凸起部嵌接到相应相邻的片材的相应凹部中。这样的片材的制造是耗费的。此外可能发生的是，该形锁合连接例如在运送片材组时或在存放片材组时松开。
此外已知，将各片材在片材组内通过贯穿该片材组的螺钉或铆钉彼此固定连接。该方式也是耗费的。此外，尤其是当应形成较高的片材组时，必须使各片材在放上之前分别转动一个确定的角度值，以便确保片材组在其环周上具有恒定的高度。
对此也已知将相叠的各片材彼此粘接的方法。
在另一种已知的方法中，将相叠的各片材彼此焊接。然而，对于该焊接方法是有限制的。针对片材组在电动机或发电机的转子和/或定子中的应用，常常使用由硅和铝制成的金属带。在硅含量多于约3％(重量)或硅和铝含量多于4％(重量)时，这样的片材可能非常差地被焊接。当然希望高的硅含量，这是因为由此能够降低磁损失并且因此能够获得较高的功率。此外，涂覆有EC-3隔离漆的片材难以焊接。此外产生大的和/或也深的热区。各金属板之间的缝隙应被精确地设定，以便获得良好的焊接结果。
发明内容
本发明的任务在于，这样构造这种类型的方法和这种类型的设备，使得能够将各片材无关于原材料和堆叠厚度地可靠地在片材组内彼此连接。
该任务在这种类型的方法方面按照本发明利用权利要求1的特征部分的特征来解决并且在这种类型的设备方面按照本发明利用权利要求12的特征部分的特征来解决。
利用按照本发明的方法能够以简单且节省成本的方式将各片材固定地彼此连接，而与片材的材料组分无关。利用所述工具局部地塑化片材在边缘区域上的材料，其方式为：利用该工具局部地如此强烈地加热所述片材，使得将片材材料塑化。然后可以将该被塑化的材料借助所述工具在相邻的片材之间熔合。这导致在被塑化的材料冷却之后各所述片材固定地材料锁合地彼此连接。这样选择所述工具本身，使得该工具在该方法本身中不变软或不被塑化。如果所述片材由硅铝带制成，则硅含量可以如此高，使得磁损失小。
当使所述工具在片材组的高度上运动并且在此利用如此高的力将所述工具压靠到片材组上使得各片材的材料在接触区域中利用工具被塑化时，有利地产生各片材在片材组内的简单且可靠的连接。所述工具可以在形成于片材组环周上的焊缝的宽度方面被适配。当该焊缝仅应具有非常小的宽度时，使用相应窄的工具。利用压紧力的大小和/或持续时间能够确定片材材料在实施所述方法时被塑化多深。
所述工具有利地在进给运动期间围绕其轴线可转动地被驱动。通过所述工具的转动，相邻片材的被塑化的材料以简单的方式彼此熔合。
在另一种简单的实施方案中，使所述工具在沿着片材组的轴向方向上运动。由此，在片材组上同样产生沿轴线方向延伸的焊缝。
但是，根据片材组的构造，所述工具也可以以一角度倾斜地在片材组的高度上运动，从而所产生的焊缝不再沿轴向延伸，而是具有斜度。
在另一种方法中，所述工具是位置固定的并且围绕其轴线可转动地被驱动。在该情况下，使所述片材组在其高度上相对于位置固定的工具运动，并且在此利用如此高的力将所述片材组压靠到工具上，使得各片材的材料在接触区域中被塑化。同样在该情况下，所述工具可以在形成于片材组环周上的焊缝宽度方面被适配。
同样可能的是，使所述工具或所述片材组沿不同方向在片材组的高度上运动。由此也可能的是，所述焊缝的位置和/或走向匹配于相应的要求。所述工具的进给运动能够非常简单地通过控制器被编程。
当利用两个或更多个工具对所述片材组进行加工时，获得简单且节省时间的工作方式。
在此，各所述工具有利地同时在片材组上工作，使得在片材组的环周上能够符合期望地制出所需焊缝。
优选地，各所述工具能彼此无关地被驱动。由此产生如下可能性：有针对性地操控各个工具并且给予各个工具例如不同的进给行程。
当所述工具设置在冲裁机中时，获得简单的方法运用。所述片材组于是能够直接在其组合之后在冲裁机中利用所述工具被加工。
所述工具也可以设置在堆叠装置内，各所述片材在所述堆叠装置中被堆叠成所述片材组。
按照本发明的设备的特征在于，所述至少一个焊接工具围绕其轴线可转动地被驱动并且在加工时能横向于该转动轴线移动。所述工具在其进给运动期间围绕其轴线可转动地被驱动，由此在片材中产生将片材材料塑化所需的高摩擦热。
在一种简单的实施方式中，所述工具设有外部头部，该外部头部围绕其轴线可转动地被驱动。为了使外部头部转动，例如可以设有齿轮传动机构或皮带传动机构。
在所述外部头部中有利地安装有中间头部，该中间头部抗转动地亦或可自由转动地与外部头部连接。由此，所述中间头部通过转动的外部头部一起转动。
在一种有利的实施方式中，所述中间头部能沿外部头部的轴线方向相对于该外部头部调节并且优选旋转。
该调节在一种优选的实施方式中借助丝杆传动机构来实现，所述中间头部能够通过所述丝杆传动机构而相对于外部头部调节。
当所述外部头部与所述中间头部彼此同轴时，得到所述工具的一种紧凑的结构形式。
本申请技术方案不仅由各个权利要求的技术方案得出，而且也通过所有在附图和说明书中公开的说明和特征得出。即使它们不是权利要求的技术方案，也将它们作为对本发明重要的内容而要求保护，只要它们单独地或组合地相对于现有技术是新颖的。
本发明的其它特征由其它权利要求、说明书和附图得出。
附图说明
借助在附图中示出的实施例更详细地阐述本发明。其中：
图1以示意图并且以侧视图示出一种按照本发明的用于冲裁片材以形成片材组的设备；
图2以相应于图1的示图示出按照本发明的具有搅拌摩擦焊接装置的所述设备；
图3以示意图并且以侧视图示出一种双头部搅拌摩擦工具；
图4示出按照图3的搅拌摩擦工具的俯视图；
图5以示意图并且以俯视图示出两个搅拌摩擦工具作用在片材组上；
图6以侧视图示出按照图5的搅拌摩擦工具和片材组；
图7示出如下片材组的俯视图，所述片材组的各片材通过搅拌摩擦焊接被彼此连接；
图8以侧视图示出按照图7的片材组。
具体实施方式
利用按照图1和2的设备以已知的方式从金属带(电工钢带)1或电工金属板中切割出片材2(图8)，所述片材被堆叠成一个片材组3。该片材组3被用于制造电动机亦或发电机的转子或定子。
金属带1被卷绕在能绕其轴线转动的绞盘4上。从绞盘4退卷的金属带1被引导通过矫正装置5，所述金属带1通过该矫正装置被矫正以用于后续的冲裁过程。金属带1在矫正装置5之后到达冲裁机6，在该冲裁机中从金属带1中冲裁出片材2。
也可以将两个或更多个带1并排地引导到冲裁机6中，从而能够同时从各个金属带1中冲裁出片材2。此外可能的是，在金属带1中不仅在一个轨道、而且例如也在两个轨道中冲裁片材。
冲裁机6设有一个或多个相应的冲裁模具7。利用所述冲裁模具冲裁出的片材2到达井状部8中，片材2直接在冲裁之后被挤压到所述井状部中。井状部8形成容纳部并且以已知方式构成为，使得片材2以其边缘在存在摩擦的情况下贴靠在井状部8的内壁上，从而所述片材2不从井状部8中落下。通过该方式，被冲裁的片材2在井状部8中被相叠地设置成一个堆垛。在每个冲裁行程中，当前被冲裁的片材2被向下挤压到已经处于井状部中的片材上。(未示出的)压模伸入到井状部8中，在该压模上将所述片材2堆叠成所述片材组3。在每个冲裁行程中，压模逐渐地向下运动，从而当前被冲裁的片材2能够如此程度地向下运动到井状部8中，使得随后要冲裁的片材2能够可靠地被挤压到井状部8中。
在多个金属带1被同时引导通过冲裁机6的情况下有利的是，每个金属带1配设有一个井状部，从而在冲裁机6中能够同时并排地堆叠多个片材组。但也存在如下可能性：在冲裁机6中仅设有一个井状部8，向所述一个井状部中将从不同金属带1中冲裁出的片材借助运送装置、例如转动单元输送到所述一个井状部8上方区域中并且然后被挤压到所述一个井状部8中。这样的运送装置尤其是在如下情况下是有利的，即，从一个金属带1中在多个并排的轨道上冲裁出片材2。然后，并排的片材2可以利用这样的运送单元被运送到唯一的所述一个井状部8中。
为了能够使片材组3在从冲裁机6中取出之后被进一步加工，将在片材组3中相叠的各片材2固定地彼此连接。为此，相叠的各片材2横向于它们的平面通过塑化方法被彼此连接，其方式为：将片材2在边缘上部分塑化，使得相叠的各片材2在该材料冷却之后被材料锁合地固定地彼此连接。
为此，冲裁机6设有至少一个搅拌摩擦焊接装置9，所述至少一个搅拌摩擦焊接装置有利地设置在冲裁机9的堆叠装置的区域中。在叠片组3的边缘上存在焊缝10(图7和8)，该焊缝在片材组3的高度上延伸。根据片材组3的大小，仅一个焊缝10可以是足够的。在该实施例中，在片材组3上设有径向相对置的两个焊缝10。根据片材组3的大小，可以设有另外的焊缝，利用所述另外的焊缝将各片材2在片材组3内保持在一起。
如果在片材组3上安置有两个或更多个焊缝10，则为此基本上一个搅拌摩擦焊接装置9就足够，所述一个搅拌摩擦焊接装置以能在片材组3的环周上调节的方式设置。当然，当为每个要安置在片材组3上的焊缝10分别设有一个搅拌摩擦焊接装置9时，获得更快的方法运用。
搅拌摩擦焊接装置9具有带有柱形的外部头部11的工具9'(图3)，在该外部头部中安装有中间头部12。外部头部11借助齿轮传动机构或皮带传动机构围绕其轴线可转动地被驱动。中间头部12能够借助丝杆传动机构沿轴向相对于外部头部11被精确地调整。当外部头部11围绕其轴线可转动地被驱动时，中间头部12相应地一起进行转动。在中间头部12与外部头部11之间的过渡部上形成径向的环形凸肩13。
工具9'沿径向朝片材组3运动，直至该工具的端侧14与片材组的外表面15接触。利用高的轴向力将工具9'压靠到片材组3上，其中，所述工具围绕其轴线可转动地被驱动。通过在工具9'的平坦的端侧14与片材组3之间的摩擦，在端侧14下的材料被加热直至稍低于片材组3的材料熔点。基于该高温，片材组3的材料被塑化。旋转的工具9'此时沿片材组3的高度方向移动，在此保持高的轴向力并且保持转速。基于在工具9'区域中被塑化的材料，在该工具的进给运动中，相叠的各片材3的材料熔合。所述材料熔合通过如下方式实现：工具9'在转动运动的同时进行进给运动。这样选择进给速度，使得相叠的片材2的材料在工具9'区域中变软。基于所述转动运动，相叠的各片材2的材料彼此熔合，从而在被塑化的材料冷却之后各片材2在片材组3内被材料锁合地彼此连接。
工具9'有利地在沿着片材组3的轴线方向上运动，从而在片材组3的外表面上的焊缝10在轴线方向上延伸。工具9'原则上可以在不同方向上沿着片材组3运动，从而焊缝10具有不同的走向。因此，垂直于片材组3的轴线看，焊缝10可以相对于片材组3的轴线方向倾斜地延伸。焊缝10也可以通过工具9'的相应运动而在片材组3的高度方向上具有不同倾斜的走向。焊缝10被这样设置在片材组3的外表面15上，使得各片材2被可靠地彼此连接。
在该实施例中，为了连接片材组3中的各片材2而使用径向相对置的两个工具。在该情况下，在片材组3的外表面15上形成两个相对置的焊缝10。所述两个工具9'有利地彼此无关地被操控，从而也能够产生焊缝10的不同走向。
常常使用由硅铝合金制成的金属带。在这样的金属带中常常希望尽可能高地选择硅含量。其片材组由这样的金属带制成的转子和/或定子由于较高的硅含量而具有小的磁损失，这导致电动机的功率较高。由这样的材料制成的片材能够借助所说明的方法被无问题地彼此材料锁合地连接。在这样的硅铝合金中的硅含量可以包含多于约4％(重量)的硅，而这对各片材2彼此间的材料锁合连接不产生不利影响。利用工具9'对片材的材料进行塑化，其中，通过工具9'在其进给运动时的转动运动，相邻片材2的被塑化的材料彼此熔合，由此确保在被塑化的材料冷却之后各片材2被可靠地保持在一起。
焊缝10仅具有小的深度，从而所述焊缝对片材组3或对包含该片材组的电动机的特性没有不利影响。这样选择焊缝深度，使得各片材2彼此间产生可靠的结合。所说明的方法能够简单地、可靠地并且在短时间内被实施。以该方式制造的片材组3能够在不发生片材2在片材组3内松开的危险的情况下被无问题地操纵和运送。
此外可能的是，位置固定地设置工具9'并且使该工具在焊接过程期间围绕其轴线旋转。在该情况下，片材组3在其高度上相对于位置固定的工具9'运动并且片材组在此被利用如此高的力压靠到工具9'上，使得在片材组3内的片材2的材料以所说明的方式在接触区域中被塑化。

Claims (17)

1.用于制造由相叠的片材组成的片材组的方法，在所述方法中，从电工钢带或金属板中切割出所述片材、将各所述片材相叠地设置成所述片材组并且将各所述片材在该片材组内彼此连接，其特征在于，通过借助至少一个工具(9')产生摩擦热而局部塑化片材(2)在边缘区域中的材料，使得将至少相邻的片材(2)的材料利用所述工具(9')熔合，从而在被塑化的材料冷却之后这些片材(2)被材料锁合地彼此连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述工具(9')在片材组(3)的高度上运动，并且在此利用高的力将所述工具压靠到片材组(3)上，使得将片材(2)的材料在接触区域中利用工具(9')塑化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述工具(9')在其进给运动期间围绕其轴线可转动地驱动。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，使所述工具(9')沿片材组(3)的轴向方向运动。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工具(9')是位置固定的，并且将所述工具围绕其轴线可转动地驱动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使所述片材组(3)在其高度上相对于位置固定的工具(9')运动，并且在此利用高的力将所述片材组压靠到工具(9')上，使得将片材(2)的材料在接触区域中塑化。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，利用两个或更多个工具(9')对所述片材组(3)进行加工。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，各所述工具(9')同时对所述片材组(3)进行加工。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，各所述工具(9')能彼此无关地被驱动。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，所述工具(9')设置在冲裁操作装置(6)中。
11.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，所述工具(9')设置在堆叠装置内。
12.用于实施根据权利要求1至11之一所述的方法的设备，所述设备具有至少一个冲裁机和/或至少一个用于一个或多个片材组的容纳部，其特征在于，所述设备具有至少一个焊接工具(9')，所述至少一个焊接工具围绕其轴线可转动地被驱动并且能横向于其转动轴线移动。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述工具(9')具有外部头部(11)，该外部头部围绕其轴线可转动地被驱动。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，在所述外部头部(11)中安装有中间头部(12)，该中间头部抗转动地或可自由转动地与外部头部(11)连接。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述中间头部(12)能沿外部头部(11)的轴线方向相对于外部头部(11)被调节。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述中间头部(12)能借助丝杆传动机构相对于外部头部(11)调节并且优选旋转。
17.根据权利要求10至13之一所述的设备，其特征在于，所述外部头部(11)与所述中间头部(12)彼此同轴。
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