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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Lamellenpaket für einen Elektromotor nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Baugruppen
elektrischer Maschinen, die den magnetischen Fluss führen, werden
meist aus einzelnen Lamellen zusammengesetzt, die aus Elektro- bzw.
Trafoblechen gestanzt werden. Um die Handhabung zu verbessern, werden
diese Einzellamellen in der Regel bereits während oder direkt anschließend an
den Stanzvorgang zu Lamellenpaketen geschichtet. Hierzu müssen die
Lamellen auf geeignete Weise miteinander verbunden bzw. verknüpft werden.
Bekannte Verbindungsarten sind Schweißen oder Vernieten oder, in
neuerer Zeit, Verknüpfen
der Lamellen bereits während
des Stanzvorgangs. Dieses letztere Verfahren ist auch als Stanzpaketieren
bekannt.
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Das
Prinzip des Stanzpaketierens besteht darin, aus jeder Lamelle ein
Element auf eine Art und Weise so auszuklinken, dass die Ausklinkung
der einen Lamelle in die entsprechende Ausklinkung der zuvor gestanzten
Lamelle eingreift. Die Ausklinkung darf nicht zu nah am Rand einer
Lamelle angeordnet sein, da sonst keine zuverlässige Verbindung der Lamellen
erreicht werden kann und die Lamelle sonst auch nicht mehr gestanzt
werden kann. Die Verknüpfungselemente
sind damit jedoch genau in jenem Bereich angeordnet, in dem der
magnetische Fluss einer elektrischen Maschine geführt werden
muss. Aufgrund der starken Umformung des Blechs im Bereich der Verknüpfungselemente
verschlechtern sich die magnetischen Eigenschaften des Blechs. So
führt beispielsweise
die so genannte Stanzverhärtung
zu einem starken Anstieg der magnetischen Hystereseverluste. Da
das Blech im Bereich der Verknüpfungselemente
stark gedehnt wird, tragen die Verknüpfungselemente selbst kaum
mehr zur Führung
des magnetischen Flusses bei. Der wirksame Eisenquerschnitt wird
also geschwächt.
Für Blechpakete
mit sehr geringen Querschnitten ist somit eine Stanzpaketierung
nicht möglich.
Diese Einschränkung
trifft insbesondere Statoren für
kleine Drehfeldmaschinen, wie sie etwa bei elektronisch kommutierten DC-Motoren,
so genannten EC- bzw. BLDC-Motoren(BLDC = Bürstenlose DC-)eingesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Lamellenpaket für einen Elektromotor, welches
aus in einer Stapelrichtung aufeinandergeschichteten Lamellen gebildet
ist.
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Es
wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine Lamelle mit wenigstens
einer radialen Verlängerung
vorgesehen ist, welche jeweils an einem korrespondierenden umfangseitigen
Verknüpfungsbereich einer
axial folgenden Lamelle festgelegt ist.
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Radiale
Verlängerung
soll bedeuten, dass die wenigstens eine Lamelle, die üblicherweise
Ringform aufweist, nach außen
oder nach innen, gegebenenfalls sogar außen und innen umfänglich lokal
einen Überstand
aufweist, der z. B. die Form eines Streifens vorzugsweise definierter
Länge und
Breite aufweist. Vorteilhaft sind umfänglich verteilt mehrere derartige
radiale Verlängerungen
an der wenigstens einen Lamelle vorgesehen. Die eine oder mehrere Verlängerungen
sind im montierten Zustand in Stapelrichtung des Lamellenpakets
umgebogen und greifen in ein Gegenelement einer weiteren Lamelle ein.
Die Verlängerungen
stellen Verknüpfungselemente
zwischen axial aufeinander folgenden Lamellen dar. Das Gegenelement
mit der eingreifenden Verlängerung
bildet den Verknüpfungsbereich.
Das Lamellenpaket kann auf diese Weise auch in großen Stückzahlen
preiswert hergestellt werden. Dabei kann die Verknüpfung bedarfsweise
z. B. zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Lamellen hergestellt
werden, oder es kann vorzugsweise mindestens eine Lamelle zwischen
zwei miteinander verknüpften
Lamellen angeordnet sein, oder es können zwei oder mehr Lamellen
zwischen zwei miteinander verknüpften
Lamellen angeordnet sein.
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Da
die eine oder mehreren Verlängerungen jeweils
auf der Mantelfläche
des Lamellenpakets angeordnet sind, ergibt sich eine deutlich geringere Empfindlichkeit
des Lamellenmaterials gegenüber den
Auswirkungen einer Stanzverhärtung
oder einer mechanischen Verformung. Die radialen Verlängerungen
werden zum Verknüpfen
der Lamellen quer zum Lamellenquerschnitt umgebogen, so dass eine Verformung
der jeweiligen Lamelle lediglich im Bereich der Mantelfläche erfolgt,
d. h. im Biegebereich der radialen Verlängerung der betreffenden Lamelle (Ursprungslamelle).
Durch mechanische Deformation gestörte Bereiche können dadurch
weitestgehend auf den Rand der Lamelle beschränkt werden. Der Bereich der
Lamelle, der den magnetischen Fluss tragen soll, erfährt dadurch
selbst bei kleinen Querschnitten des Lamellenpakets eine nur geringe
Störung.
Darüber
hinaus ist die Verformung der einen oder mehreren Verlängerungen
relativ gering, da sie in der Regel nur etwa um 90° abgewinkelt
werden muss, um eine Verbindung von der Ursprungslamelle der einen
oder mehreren Verlängerungen
zu derjenigen mit dem Gegenelement zu bilden. Daher ist der magnetische
Fluss in dem erfindungsgemäßen Lamellenpaket
weniger gestört
als bei bekannten Stanzpaketierverfahren. So können auch Lamellenpakete mit
geringen Querschnitten mit guten magnetischen Eigenschaften bereitgestellt
werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Länge der radialen Verlängerung
einer Anzahl von Lamellen zwischen der wenigstens einen Lamelle
und ihrem Verknüpfungsbereich
entsprechen kann. So kann die Verlängerung mit ihrem freien Ende
mit einer von der Ursprungslamelle abgewandten Oberfläche der
Lamelle mit dem Gegenelement fluchten.
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Vorteilhaft
kann der Verknüpfungsbereich
als eine umfangseitige erste Aussparung ausgebildet sein. Damit
kann der Verknüpfungsbereich
besonders einfach hergestellt werden. Günstig ist vorzugsweise, wenn
die Verlängerung
kraftschlüssig
mit der ersten Aussparung verbunden sein kann. So kann die umgebogene
Verlängerung
bevorzugt in die Aussparung eingepresst werden. Denkbar sind jedoch auch
andere Verbindungsarten, wie etwa Schweißen.
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Die
wenigstens eine Lamelle kann umfänglich
wenigstens eine korrespondierende zweite Aussparung aufweisen, durch
welche eine Verlängerung einer
axial benachbarten Lamelle führbar
sein kann. Vorzugsweise kann die wenigstens eine korrespondierende
zweite Aussparung eine Breite aufweisen, die größer ist als eine Breite der
Verlängerung
am Ort der zweiten Aussparung. Dadurch kann die Verlängerung
einfach an der zweiten Aussparung vorbeigeführt werden, ohne dass eine
mechanische Behinderung durch die zweite Aussparung auftritt. Die
Zahl der zweiten, breiten Aussparungen ist zweckmäßigerweise
an die Zahl der Lamellen angepasst, die zwischen zwei miteinander
verknüpften
Lamellen, d. h. der Ursprungslamelle und der korrespondierenden Lamelle
mit dem Gegenelement bzw. den Gegenelementen für die eine oder mehreren radialen
Verlängerungen
der Ursprungslamelle, angeordnet sind.
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Gemäß einer
günstigen
Ausgestaltung kann die wenigstens eine Verlängerung rechteckig ausgebildet
sein. Dadurch kann die wenigstens eine Verlängerung besonders einfach an
ihrem freien Ende mit einer Lamellenoberfläche am Verknüpfungsbereich
fluchten. Aufeinanderfolgende Lamellen können daher problemlos dicht
aufeinandergestapelt werden.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der wenigstens eine Verknüpfungsbereich radial
außen
angeordnet sein. In diesem Fall sind ein oder mehrere Verknüpfungsseite
an einer Außenmantelfläche des
Lamellenpakets angeordnet.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der wenigstens eine Verknüpfungsbereich
radial innen angeordnet sein. In diesem Fall sind ein oder mehrere
Verknüpfungsbereiche
an einer Innenmantelfläche
des Lamellenpakets angeordnet.
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Es
wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Lamellenpakets
vorgeschlagen, bei dem radiale Verlängerungen von Lamellen in axialer
Richtung umgebogen und in korrespondierende umfängliche Aussparungen von Lamellen
eingepresst werden. Das Umbiegen erfolgt vorzugsweise um etwa 90°, so dass
die Verlängerung
in axialer Richtung von der Ursprungslamelle der Verlängerung
weg geführt werden
kann. Günstigerweise
kann das Umbiegen direkt oder indirekt beim Stanzvorgang der Lamellen erfolgen
oder beim Einpressen der jeweiligen Lamelle in die so genannte Bremse
des Stanzwerkzeugs. Bei der Bremse handelt es sich um eine Baugruppe, welche
ein Teilpaket des Lamellenpakets festhält, so dass die Verlängerungen
der neuen Lamelle mit den Verlängerungen
der Vorgängerlamelle
durch einen Stempel des Stanzwerkzeugs verpresst werden können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines bevorzugten Lamellenteilpakets;
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2 eine
Detailansicht eines Verknüpfungsbereichs
aus dem Lamellenpaket der 1; und
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III der 2.
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Ausführungsform der Erfindung
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In
den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit denselben
Bezugszeichen beziffert.
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In 1 ist
zur Erläuterung
der Erfindung ein bevorzugtes Lamellenpaket 10 für einen
Elektromotor dargestellt, welches aus in einer Stapelrichtung 12 aufeinandergeschichteten,
nicht näher
bezeichneten Lamellen gebildet ist, von denen nur die stirnseitige, dem
Betrachter zugewandte Lamelle 26 mit einem Bezugszeichen
beziffert ist.
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An
der äußeren Mantelfläche 16 (Außenmantelfläche) ist
eine Reihe von umfangseitigen Verknüpfungsbereichen 40 verteilt,
von denen der Übersichtlichkeit
wegen nur einige mit Bezugszeichen beziffert sind. Die Verknüpfungsbereiche 40 bilden
jeweils axial übereinander
angeordnete Streifen, die vorzugsweise regelmäßig am Außenmantel 16 verteilt
sind.
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An
der stirnseitigen Lamelle 26 sind an deren Umfang beispielhaft
drei Gruppen von Elementen angeordnet, wobei jede Gruppe folgendes
in Umfangsrichtung nacheinander aufweist: eine erste, engere Aussparung 30,
eine zweite, breitere Aussparung 34, eine quer zur Lamelle 26 abgewinkelte
radiale Verlängerung 42 sowie
eine Leerstelle 52. Dann folgt in Umfangsrichtung wieder
die erste Aussparung 30 der nächsten Gruppe etc.
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In
der ersten Aussparung 30 endet eine Verlängerung 42a der
vorletzten, nicht bezeichneten Lamelle, wobei die Verlängerung 42a mit
ihrem freien Ende 44a mit der Lamellenoberfläche 18 der
stirnseitigen Lamelle 26 fluchtet und einen Verknüpfungsbereich 40 bildet.
Die stirnseitige Lamelle 26 ist dann mit der vorletzten
Lamelle, welche die Ursprungslamelle der Verlängerung 42b bildet,
verknüpft.
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Aus
der zweiten Aussparung 34 ragt eine Verlängerung 42b der
letzten, nicht bezeichneten Lamelle unter der Lamelle 26.
Diese letzte Lamelle liegt zwischen den beiden miteinander verknüpften Lamellen.
Dann folgt die Verlängerung 42 der
stirnseitigen Lamelle 26 und darauf die Leerstelle 52.
Würde eine
weitere Lamelle auf die stirnseitige Lamelle 26 aufgesetzt,
würde am
Ort der Leerstelle 52 die Verlängerung der weiteren Lamelle
angeordnet sein, während
die Verlängerung 42b in
einer korrespondierenden ersten Aussparung enden würde und
dort den Verknüpfungsbereich
bilden würde.
Die Verlängerung 44 der
stirnseitigen Lamelle 26 würde in eine korrespondierende
zweite Aussparung ragen und dort axial überstehen.
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Die
Länge der
Verlängerungen 42, 42a, 42b entspricht
der Zahl der zwischen den miteinander verknüpften Lamellen liegenden Lamellen.
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Die 2 und 3 zeigen
als Detail einen Ausschnitt aus dem Lamellenpaket 10 der 1 im Umfeld
des Verknüpfungsbereichs 40,
wobei 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III durch
den Ausschnitt der 2 zeigt. Zur Erläuterung
der nicht näher
beschriebenen Elemente wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die
Beschreibung der 1 verwiesen.
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Auf
einer Lamelle 20 (entsprechend der nicht bezeichneten,
vorletzten Lamelle in 1), welche die Ursprungslamelle
der Verlängerung 42a bildet, sind
eine Lamelle 22 und daran anschließend eine Lamelle 26 angeordnet
(entsprechend der stirnseitigen Lamelle 26 in 1).
Die Verlängerung 42a weist
eine Länge 48 auf
(im umgebogenen Zustand entsprechend einer axialen Höhe), welche
der Anzahl bzw. der Dicke der folgenden Lamellen 22, 26 entspricht.
Sind mehr Lamellen als die Lamelle 22 zwischen den Lamellen 20 und 26 angeordnet,
ist die Verlängerung 42a entsprechend
länger
ausgebildet. Die Verlängerung 42a ist
rechteckig ausgebildet, endet in einer ersten Aussparung 30 der
oberen Lamelle 26 und weist ein freies Ende 44a auf,
welches mit der Lamellenoberfläche 18 der
oberen Lamelle 26 fluchtet. Die Breite 50 der
Verlängerung 42a entspricht
der Breite 32 der ersten Aussparung 30 so, dass
die Verlängerung 42a in
die erste Aussparung 30 verpresst werden und eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen der unteren Lamelle 20 und der oberen Lamelle 26 bildet,
welche den Verknüpfungsbereich 40 zwischen
den Lamellen 20, 26 darstellt.
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Die
zwischen der unteren Lamelle 20 und der oberen Lamelle 26 liegende
Lamelle 22 weist eine zweite Aussparung 34 auf,
welche eine größere Breite 36 aufweist
als die Verlängerung 42a,
so dass die Verlängerung 42a lose
durch die Aussparung geführt werden
kann.
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Wie 3 im
Schnitt erkennen lässt,
springt die zwischenliegende Lamelle 22 mit ihrem Aussparungsgrund 24 weiter
zurück
als die obere Lamelle 26 mit deren Aussparungsgrund 28.
Dadurch kann der Umbiegebereich 46 der Verlängerung 42a ausgebildet
werden und die Verlängerung 42a bis
zur oberen Lamelle 26 geführt werden.
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An
der inneren Mantelfläche 14 des
Lamellenstapels sind in diesem Beispiel keine Verknüpfungsbereiche
angeordnet.
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In
der gezeigten Anordnung entsprechend 1 endet,
bis auf jeweilige Endlamellen im Lamellenpaket 10, in jeder
Lamelle des Lamellenpakets 10 jeweils eine Verlängerung,
während
eine weitere Verlängerung
durch eine entsprechende Aussparung am Lamellenrand geführt ist,
und es beginnt eine neue Verlängerung,
so dass die einzelnen Lamellen des Lamellenpakets innig miteinander
verbunden sind, indem jede Lamelle mit der übernächsten Lamelle verknüpft ist.