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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vollverguss von
Statoren von Elektromotoren mit innenliegenden Läufern
nach den Ansprüchen 1 und 5.
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Für
den Vollverguss von Statoren ist es bekannt, das Bohrungsvolumen
mit einem geeigneten Stempel oder Formkörper zu verdrängen.
Das Einfüllen der Vergussmasse kann entweder nach dem Einbringen
des Stempels oder des Formkörpers erfolgen oder vor dem
Einbringen, wobei dann vorzugsweise durch das anschließende
Einbringen des Stempels die Vergussmasse von unten nach oben durch
die Nuten und durch die darin befindliche Wicklung gedrückt
wird und das eingesetzte Vergussmaterialvolumen so bemessen ist,
dass nach dem Einbringen des Stempels der gewünschte Füllstand
des Vergussmaterials erreicht wird. Um den Stempel nach dem Vergießen
wieder entfernen zu können, muss der Stempel entweder eine
sehr harte und glatte Oberfläche besitzen und mit Trennmittel
behandelt werden, oder der Stempel ist aus einem etwas elastischen
Material mit vorzugsweise Anti-Haft-Eigenschaften, zum Beispiel
aus einer speziellen Teflonvariante. Bei Verwendung der letztgenannten
Variante ist der Stempel innen hohl, und wird nach dem Einbringen
in den Stator mechanisch oder mittels Innendruck leicht ausgeweitet,
so dass er sich an die Statorbohrung anlegt. Nach Aushärten
der Vergussmasse wird der Stempel wieder entspannt, so dass sich der
Stempel wieder von der Wandung der Statorbohrung löst und
entformt werden kann. Außerdem ist die Verwendung von Stempeln
oder sonstigen Formkörpern insbesondere bei größeren
Motoren schwierig, da die Herstellung und Handhabung der Formkörper
aufwändiger wird. Insbesondere die erwähnten Teflon
Stempel werden in diesem Fall extrem teuer.
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Durch
die Verwendung einer Vergussmasse anstelle eines herkömmlichen
Tränk- oder Träufelprozess wird eine höhere
Wärmeleitfähigkeit des vergossenen Statorpakets
erreicht. Durch eine vollständige Ausfüllung von
Hohlräumen innerhalb der Wicklung und zwischen Wicklung
und Stator beziehungsweise zwischen Wicklung und Gehäuse
des Stators kann der Wärmeübergangswiderstand
zwischen Wicklung und Motorgehäuse erheblich vermindert werden.
Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Wärme vom
Gehäuse im Betrieb effizient abgeführt wird, z.
B. durch eine forcierte Luft- oder Wasserkühlung, weil
dann bei gleicher maximaler Temperatur im Stator eine höhere
Verlustleistung abgeführt werden kann. Dadurch kann der
Motor kompakter ausgeführt werden oder er kann bei gleichen äußeren
Abmessungen eine höhere mechanische Leistung abgeben.
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Bei
vielen Motorausführungen treten die höchsten Temperaturen
in den Wickelköpfen auf, weil diese am schlechtesten thermisch
an das Motorgehäuse angebunden sind. Daher ist es bei einem Vollverguss
wünschenswert, vor allem die Wickelköpfe gut thermisch
anzubinden. Aus dem Stand der Technik ist hierzu bekannt, das Motorgehäuse
einteilig mit einem A-Lagerschild auszuführen, um nach dem
Verguss des Stators, der direkt im Gehäuse stattfindet,
die Stirnseite des Gehäuses zur Wärmeabfuhr aus
dem Wickelkopf zu nutzen. Dabei wird aber nur einer der beiden Wickelköpfe
(der A-Wickelkopf) thermisch besser angebunden. Dies hat zur Folge,
dass die Leistungsdichte des Motors immer noch nicht weiter erhöht
werden kann, weil in dem anderen, thermisch schlecht angebundenen
Wickelkopf (B-Wickelkopf) immer noch die begrenzende höchste
Temperatur erreicht wird. Das Aufsetzen einer ringförmigen
Metallscheibe auf der B-Seite mit thermischer Anbindung an das Gehäuse,
die beim Verguss mit eingebettet wird, löst das Problem
nicht zufriedenstellend, da sich unter der Scheibe beim Verguss
erhebliche Mengen an Luftblasen sammeln. Außerdem macht
es die endliche Dosiergenauigkeit und das leicht schwankende Volumen
des bewickelten Stators schwierig, die B-seitige ringförmige
Metallscheibe vollständig mit einzugießen. Daher
ist die Scheibe nicht dazu geeignet, das Statorgehäuse
axial plan abzuschließen.
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Aus
dem druckschriftlichen Stand der Technik gehen Verfahren und Vorrichtungen
hervor, bei denen mittels eines Spritzgußverfahrens Harz
auf die Statorwicklung aufgebracht wird. So beschreibt die
DE 26 06 401 A1 einen
Stator, bei dem der Anschlussblock aus Pressharz angeformt wird.
Hierzu kommt ein unter Druck und Wärme ablaufendes Spritzgussverfahren
und unter Umständen eine Druckform zum Einsatz. Die
DE 696 01 623 T2 betrifft ein
Stator-Isolationsverfahren, bei dem der Stator vollvergossen wird
und durch spannende Erstellung einer Durchgangsbohrung Raum für
den Läufer geschaffen wird. Die
DE 10 2005 058 219 A1 beschreibt ein
gattungsgleiches Verfahren, bei dem in die Vergussmasse mindestens
ein großflächiger Wärmeleitkörper
eingebettet wird. Dabei wird jedoch nicht auf die Art der Einbringung
der Vergussmasse eingegangen. Schließlich geht aus der
WO 2004/008603 A2 ein
Verfahren zur isolierenden Einhüllung einer Ankerwicklung
mittels eines wärmeleitfähigen Plastikmaterials
hervor. Das Plastikmaterial wird mittels eines Spritzgußverfahrens
auf die Außenbereiche der Ankerwicklung aufgetragen.
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Eine
weitere Gruppe von Patentschriften betreffen Verfahren und Vorrichtungen
zur Isolation von Elektromotoren, bei denen sowohl isolierendes
Papier als auch eine Vergussmasse zum Einsatz kommt. So beschreibt
die
DE 10 2004
034 428 A1 einen Elektromotor, bei dem in der Wicklung
des Stators zur Herstellung einer elektrischen Isolation in einem
ersten Bereich Papier und in einem zweiten Bereich eine Vergussmasse
vorgesehen ist. Über das Vergussverfahren der Wicklung
werden indes keine weiteren Angaben gemacht. Aus der
JP 59 123 450 A geht ein
Stator hervor, bei dem die Statorwicklung auf isolierendem Papier
am Blech des Statorgehäuses ausgelegt und mittels eines
Harzes vergossen wird. Auch hier fehlen Angaben über die
Art des Harzvergussvorgangs. Letztlich betrifft die
WO 2005/027306 A2 ein
Verfahren zur Herstellung eines Motors, bei dem die Feldwicklung
in isolierendes Material wie Thermoplastik oder Silikonkautschuk
eingebettet wird. Hierzu werden die Statornuten, in denen die Statorwicklungen
eingelegt werden, mit Papier ausgekleidet, die Wicklung eingelegt
und schließlich mit dem Isolationsmaterial vergossen. Das
Vergießen erfolgt dabei mittels eines Spritzgußverfahrens, durch
Aufspritzen, oder Formpressen.
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Eine
letztgenannte Gruppe von Druckschriften beschreibt Verfahren und
Vorrichtungen, bei denen Motorwicklungen mittels Verlacken isoliert
werden. Der äußerst breit formulierte Anspruch
1 der
DE 19 24 729 A lehrt,
dass die elektrisch und magnetisch aktiven Teile des Motors unmittelbar
durch isolierende Schichten im Inneren des Gehäuses des
Motors von dem übrigen Gehäuse zu trennen sind.
Hierzu können die isolierenden Schichten aus einer Verguss-,
Press- oder Spritzmasse bestehen oder eine Imprägnierharzschicht
sein. Jedoch lässt die
DE 19 24 729 A offen, wie diese isolierende
Schicht beispielsweise auf den Innenumfang der Statorwickiung aufgebracht
wird. Schließlich schlägt die
DD 97 782 eine Isolierung der Statorwicklung
mittels einer Lack- oder Pressmasse vor, bei der die Isolierung
die starre Verbindung von Statorwicklung und Statorzähne
gewährleistet. Hierbei spricht die
DD 97 782 nur von einem Auftragen der
Isolierung, ohne genaue Angaben über das Auftragen der
Lack- oder Pressmasse zu machen. In einem Aspekt der
DD 97 782 wird die Verwendung einer
zylindrischen Hülse oder eines Dorns vorgeschlagen, der
die Statorzähne während des Einsetzens der Statorwicklung
und des Auftragens der Lack- oder Pressmasse stützt und
danach wieder entfernt wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vollverguss von Statoren
für Elektromotoren mit innen liegenden Läufern vorzuschlagen,
die die oben genannten Probleme des Stands der Technik überwindet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1 und
durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird
ein Verfahren zum Verguss von Statoren für Elektromotoren
mit innenliegenden Läufern vorgeschlagen, bei dem der Stator um
seine Längsachse während und/oder nach dem Einbringen
von fließfähiger Vergussmasse so in Rotation versetzt
wird, dass die Vergussmasse während des Rotationsgussvorgangs
hohlraumausfüllend und gleichmäßig verteilt
wird. Dabei ist die Längsachse des Stators in der Regel
waagrecht ausgerichtet.
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Des
Weiteren wird die Vergussmasse in der Regel vor Beginn des Rotationsvorgangs
in den Stator eingebracht. Durch die Rotation drängt die
fließfähige Vergussmasse aufgrund der Zentrifugalkraft
in die Statorwicklung und die Hohlräume des Stators ein,
und bildet eine rotationssymmetrische glatte Innenwand des Stator
aus. Bedingt durch die Zentrifugalkräfte, die die Rotation
auf die Vergussmasse ausübt, wird diese in Hohlräume
und Wicklungsstränge des Stators gedrängt, und
bildet bei genügend hohem Füllungsgrad eine geschlossene
homogene Innenoberfläche aus. Das erfindungsgemäße
Verfahren kommt ohne eine Nachbearbeitung nach dem Vergussverfahren
aus und ermöglicht eine homogene und vollständige
Ausfüllung der Statorwicklung. Durch die Erfindung wird
es somit ermöglicht, einen Stator voll zu vergießen,
ohne dass eine nachträgliche Statordurchgangsbohrung angebracht
werden muss. Daneben ergibt sich der Vorteil, dass die Vergussmasse
die Statorwicklung und Hohlräume zuverlässig ausfüllt
und eine glatte dem Rotor zugewandte Oberfläche ausbildet.
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Bei
Anwendung des obigen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass der Stator
mit einer Mindestdrehzahl von
rotiert, wobei g die Erdbeschleunigung
und r der kleinste Radius ist, den die Vergussmassenoberfläche
nach dem Verguss des Stators einnehmen soll. Durch eine solche Mindestdrehzahl
ist garantiert, dass die Erdanziehungskraft F
g =
mg kleiner als die Zentrifugalkraft F
Z =
mω
2r ist und die Vergussmasse radial
nach außen statt zur Erdoberfläche drängt.
Aus der Formel erkennt man, dass die notwendige Mindestdrehzahl
mit zunehmendem Radius abnimmt. So ergibt sich für einen
Radius der Vergussoberfläche von z. B. 250 mm eine Mindestdrehzahl
während des Vergießens und Aushärtens
von zirka 60 1/min. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass der Stator
mit einer Drehzahl, die mindestens 50% größer
als die Mindestdrehzahl ist, rotiert. Damit wird sichergestellt, dass
die Vergussmasse jeden Hohlraum zuverlässig ausfüllt.
Ausgehend von obigem Beispiel bedeutet dies, dass ein Stator mit
250 mm Innenradius mit mehr als 90 1/min rotieren sollte.
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Zur
Einbringung der Vergussmasse während des Rotationsvorgangs
ist in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens vorgesehen,
die Vergussmasse radial von innen nach außen einzuspritzen.
Somit wird die Vergussmasse gleichmäßig auf der
Statorinnenwandung verteilt und kann im vorgeheizten flüssigen
Zustand nach außen in die Statorwicklung einfließen.
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Alternativ
zur oben angesprochenen radialen Einspritzung der Vergussmasse hat
es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Vergussmasse
im Bereich mindestens eines der beiden Wickelköpfe radial
von innen eingebracht wird, so dass sich die Vergussmasse längs
der Nuten zum anderen Wickelkopf ausbreitet und dabei die Luft aus
der Wicklung verdrängt
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Der
Prozess kann in einem besonders ausgezeichneten Ausführungsbeispiel
in einer Vakuumatmosphäre in einem Bereich von 1 bis 10
mbar durchgeführt werden,
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verguss von Statoren
für Elektromotoren mit innenliegenden Läufern
zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens umfasst
eine Rotationswelle, eine Antriebseinrichtung zum drehenden Antrieb der
Rotationswelle und eine an der Rotationswelle angebrachte Halteeinrichtung
zum längsaxialen Einspannen eines Stators. Dabei wird zum
Verguss des Stators dieser in die Halteeinrichtung eingespannt, und
für den Verguss mit fließfähiger Vergussmasse mittels
der Antriebseinrichtung in Rotation versetzt.
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Die
Halteeinrichtung kann dabei beliebig ausgebildet sein. In der Regel
besteht diese aus zwei axialen Begrenzungsscheiben, die nach dem
Verguss wieder vom Stator mechanisch getrennt werden. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel umfasst die Halteeinrichtung jedoch
anstatt Begrenzungsscheiben zwei kreisringförmige Strukturen,
die Teil des Statorgehäuses sind bzw. an diesem befestigt
sind und nach dem Verguss als Teil des Stators an diesem verbleiben.
Dadurch wird auf den Einsatz externer Begrenzungsscheiben verzichtet,
die sonst wieder mit Trennmittel behandelt werden müssten, um
sie abzulösen, darüber hinaus sind die Wickelköpfe
thermisch über die kreisringförmige Struktur zusätzlich
mit dem Statorgehäuse verbunden.
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Mit
anderen Worten wird der Stator an der Rotationswelle mit einer geeigneten
Halteeinrichtung axial eingespannt und durch die Antriebseinrichtung um
seine Längsachse so schnell in Rotation versetzt, dass
die bevorzugt radial von innen eingebrachte Vergussmasse während
des Vergusses und auch während des Härtens radial
nach außen geschleudert wird. Dadurch bildet sich eine
Vergussmassenoberfläche nicht auf einer Stirnseite des
Stators aus, sondern am Trenndurchmesser, beziehungsweise in den
Nuten oder Nutschlitzen des Stators. Dadurch wird in der Statorbohrung
kein Verdrängungskörper mehr benötigt
und es gibt bei einer geeigneten Gestaltung des Gehäuses
auch keine von der Vergussmasse berührenden Formteile mehr,
die nach dem Verguss voneinander getrennt werden müssten.
Als Vergussmasse wird zumeist Vergussharz, insbesondere Epoxydharz
verwendet, dabei sind auch Zusätze von Füllstoffen
zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit denkbar
und vorteilhaft. Die Zentrifugalkraft der rotierenden Statorwicklung
erlaubt das Eindringen der zunächst fließfähigen
Vergussmasse in die kleinsten Hohlräume, so dass ein äußerst
homogener Verguss ohne Luftblasenansammlung und mit einer hohen
Qualität der Vergussoberfläche ermöglicht
wird. Außerdem wird ein symmetrischer Verguss um den Rotationsmittelpunkt
des Stators sichergestellt.
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Die
oben skizzierte Vorrichtung kann für die Rotation nur eine
Lagerung der Rotationswelle in der Antriebseinrichtung aufweisen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist am axialen
Ende der Rotationswelle gegenüber der Antriebseinrichtung
eine Gegenlagereinrichtung angeordnet, die die Rotationswelle mit
dem eingespannten Stator drehbar lagert. Somit ermöglicht
eine Gegenlagereinrichtung eine schwingungsarme Rotation des Stators,
insbesondere dann, wenn der Stator ein hohes Eigengewicht aufweist.
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Die
Halteeinrichtung kann grundsätzlich beliebig aufgebaut
sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
umfasst die Halteeinrichtung zwei axial gegenüberliegende
Wickelkopfaufnahmemittel, die die beiden Wickelköpfe des
Stators aufnehmen und halten. Da die Wickelköpfe thermisch nur
schlecht am Stator angeschlossen sind, ist es besonders wichtig,
dass sie während des Rotationsgussverfahrens sorgfältig
eingegossen und somit thermisch an den Stator angebunden werden.
Hierzu sind die Wickelkopfaufnahmemittel so ausgelegt, dass sie
als Aufnahme- und Halteeinrichtung des Stators gleichzeitig eine
Gießform für die Wickelköpfe des Stator
ausbilden. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, dass
jede Wickelkopfaufnahmemittel so ausgestaltet werden kann, dass
der Wickelkopf des Stators beim Rotationsgussvorgang formgenau mitvergossen
wird.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Vergussvorrichtung
des Weiteren eine Heizeinrichtung zur Beheizung des Stators, die
zumindest vor dem Rotationsgussvorgang den Stator so beheizt, dass
die Vergussmasse fließfähig bleibt. Durch die
von der Heizeinrichtung in den Stator übertragene Wärme
bleibt die Vergussmasse während des Rotationsvorgangs fließfähig
und kann somit jeden Hohlraum erreichen. Hierzu ist es denkbar,
dass die Heizeinrichtung vor dem Rotationsvorgang den Stator auf
eine genügend hohe Betriebstemperatur aufheizt, die ein
Fliessen der Vergussmasse ermöglicht, und dass der Stator
während des Rotationsvorgangs abkühlt, oder dass
die Heizeinrichtung den Stator auch während des Rotationsvorgangs
beheizt,
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Des
Weiteren ist es denkbar und vorteilhaft, dass die Vergussvorrichtung
eine Kühleinrichtung zum Abkühlen des Stators
umfasst. Damit kann der Stator nach dem Aushärten der Vergussmasse schneller
soweit abgekühlt werden, dass er für die weitere
Fertigstellung des Motors handhabbarer wird. Die Vergussmasse härtet
durch eine chemische Reaktion aus, die durch eine erhöhte
Temperatur beschleunigt wird. Die Vergussmasse erstarrt somit nicht
durch Abkühlen des Stators, so dass die Kühleinrichtung
vorteilhafterweise erst nach Beendigung des Aushärtvorgangs
in Betrieb gesetzt wird, um die Temperatur des Stators rasch abzusenken,
damit er für die weitere Bearbeitung handhabbar wird.
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Grundsätzlich
kann die Vergussmasse bereits vor Beginn des Rotationsvorgangs beispielsweise
durch Bestreichen, Befüllen oder sonst wie in das Innere
des Stators gebracht werden, und sich während der Rotation
verteilen. Hierbei ergibt sich in der Praxis das Problem, dass die
flüssige Vergussmasse zu Beginn der Rotation, solange die
Drehzahl noch nicht die Mindestdrehzahl erreicht, nicht an der Außenwandung
des Stators verbleibt. In diesem Fall ist es notwendig, den Stator
durch eine hohe Drehbeschleunigung in Rotation zu versetzen, um
die Fliessträgheit der Masse auszunutzen, bevor die Vergussmasse
sich von der Außenwandung ablöst. In einem ausgezeichneten
Ausführungsbeispiel umfasst die Vergussvorrichtung eine
Vergussmasseneinbringungseinrichtung, um zumindest vor Beginn des
Rotationsgussvorgangs die Vergussmasse in den Stator einzubringen.
Durch die Vergussmasseneinbringungseinrichtung wird vor Beginn des
Rotationsvorgangs oder auch während des Rotationsvorgangs Vergussmasse
in das Innere des Stators gespritzt oder aufgetragen, und bedingt
durch die Rotation gleichmäßig an der inneren
Oberfläche des Stators verteilt.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vergussmasseneinbringungseinrichtung
eine Spritzdüse ist, die sich entlang der Längsachse
des eingespannten Stators erstreckt und die die Vergussmasse zumindest
vor Beginn des Rotationsgussvorgangs radial nach außen
schleudert. Dabei ist zu bevorzugen, dass die Spritzdüse
die Vergussmasse vor allem während der Rotation des Stator
radial nach außen abgibt. Erfolgt eine solche Vergussmasseneinspritzung
nicht unter dem Einfluss eines Vakuums, so ergibt sich das Problem,
dass beim radiale Eindringen des Harzes in die Nuten des Stators
und damit in die Wicklungen Luft eingeschlossen wird, die unerwünschte
Hohlräume erzeugt. Somit wird die oben beschriebene radiale
Einspritzung bevorzugt unter Vakuumeinfluss durchgeführt.
Eine vollflächige Einbringung der Vergussmasse mittels
radialer Einspritzung weist des Weiteren den Nachteil auf, dass
der Überzug unter Umständen den Luftspalt zum
Rotor derart verkleinert, dass sich sehr hohe Anforderungen an die
Fertigungsgenauigkeiten ergeben, so dass die Fertigungskosten erheblich
gesteigert werden.
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Alternativ
zu der oben angesprochenen Vergussmasseneinbringungseinrichtung
zur radialen Einspritzung der Vergussmasse ist es vorteilhaft denkbar,
dass die Vergussmasse im Bereich des Wickelkopfs radial von innen
eingebracht wird, so dass sich die Vergussmasse längs der
Nuten zum anderen Wickelkopf hin ausbreitet und dabei die Luft aus
der Wicklung verdrängt. So kann in dieser alternativen Ausführung
die Vergussmasseneinbringungseinrichtung mindestens eine Spritzdüse
im Bereich des Wickelkopfs umfasst, die die Vergussmasse zumindest vor
Beginn des Rotationsvorgangs, insbesondere in die Statornuten einspritzt
werden, wodurch sich die Vergussmasse in den Nuten bis zum gegenüberliegenden
Wickelkopf ausbreiten kann. Somit ergibt sich der Vorteil, dass
der Verguss so erfolgen kann, dass nur die Nuten gefüllt
werden, nicht aber der ganze Stator mit Vergussmasse überzogen
wird. Des Weiteren kann auf eine Vakuumatmosphäre zur Vermeidung
von Lufteinschlüssen verzichtet werden, jedoch wirkt sich
ein Vakuumeinfluss auch hier positiv auf die Homogenität
der Vergussmassenverteilung aus. Der oder die Harzstrahlen treffen
auf sich relativ dazu rasch bewegte Harzoberfläche, die
die Luft aus den Statornuten verdrängt.
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Bezüglich
der gerade angesprochenen alternativen Ausführung der Vergussmasseneinbringungseinrichtung
ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Strahlrichtung der Spritzdüse
schräg zur Rotationsrichtung ausgerichtet ist. Hierdurch
weist die Geschwindigkeit der einspritzenden Vergussmasse Komponenten
in Umfangsrichtung des Stators auf, die ungefähr der Umfangsgeschwindigkeit
der Harzoberfläche entspricht, auf die die Harzstrahlen
treffen. Dadurch wird die Gefahr von Lufteinschlüssen weiter
minimiert.
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Des
Weiteren ist es in Bezug auf die alternative Ausführung
der Vergussmasseneinbringungsvorrichtung vorteilhaft, wenn die mindestens
eine Spritzdüse mit dem Stator mitrotiert, wodurch die
tangentiale Relativgeschwindigkeit zwischen einströmender
Vergussmasse (10) und der schon im Stator befindlichen
Vergussmasse (10) gleich Null ist. Hierdurch wird die Gefahr
von Lufteinschlüssen weiter verringert und eine homogene
Ausfüllung der Statornuten mit Vergussmasse gewährleistet.
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Die
Vorrichtung kann vorteilhafterweise eine Messeinrichtung umfassen,
die zur Steuerung des Rotationsgussvorgangs zumindest eines der
Parameter Temperatur des Stators, aufgebrachte Vergussmasse oder
Rotationsdrehzahl misst. Zur Sicherung der Qualität des
Statorvergusses ist eine Regelung des Vergussvorgangs, die sich
einer Messeinrichtung bedient, unabdingbar. Es ist denkbar, dass die
Messeinrichtung zumindest die Temperatur des Stators misst, um eine
genügend hohe Fließfähigkeit der Vergussmasse
einstellen zu können, und die Rotationsdrehzahl des Rotationsgusses überwacht,
um genügend hohe Zentrifugalkräfte auf die fließfähige Vergussmasse
auszuüben.
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Im
Nachfolgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele
zeigender Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch einen unvergossenen
Stator und Rotor eines Elektromotors;
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2: schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines Rotationsgusses eines Stators mit verschiedenen Vergussstufen;
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3:
in schematischer Darstellung eine Schnittansicht durch einen vergossenen
Stator und Rotor eines Elektromotors;
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4: eine Ausführungsform einer
Vergussvorrichtung zum Statorvollverguss.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den folgenden Darstellungen
eines Stators (01) nur um eine schematische Skizzenzeichnung
handelt, die lediglich das grundlegende Prinzip der rotierenden
Vergussmassenverteilung verdeutlichen soll. In der Regel handelt
es sich bei dem Stator um einen klassischen Drehstromstator mit
mindestens drei Wicklungen und eine dementsprechende komplexe Verteilung
der Statornuten und Wicklungsverläufe. Jedoch wird aus Übersichtlichkeitsgründen
auf eine realistische komplexe Darstellung des Stators (01) verzichtet.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Schnitts durch das laminierte
Blechpaket 02 eines Stators 01. Der Stator 01 besteht
aus vielen hintereinander angeordneten einzelnen Blechteilen, die das
laminierte Blechpaket 02 bilden. Die Laminierung dient
dazu, die Bildung von Wirbelströmen aufgrund des sich ändernden
Magnetfeldes zu vermindern, und somit elektrische Verluste möglichst
gering zu halten. Im Inneren des Stators 01 ist ein Rotor 03 drehbar
gelagert, dessen Rotorzähne schematisch angedeutet sind.
In den Rotorzähnen des Rotors 03 sind typischerweise
die Rotorwicklungen, oder im Fall eines Käfigläufers
der Kupferkäfig verlegt. Das Blechpaket 02 des
Stators 01 weist Statorzähne 05 auf,
die die Statorwicklung 04 aufnehmen. Im gezeigten Beispiel
handelt es sich um einen einphasigen Wechselstrommotor, der nur
eine einzige Statorwicklung 04 aufweist.
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Um
den Stator
01 zum einen elektrisch zu isolieren, zum anderen
gegen Verschleiß und Umwelteinflüsse zu schützen,
wird die Statorwicklung in der Regel mit einem Vergussmaterial vergossen.
Die
2a bis
2c zeigen
ein Ausführungsbeispiel eines Rotationsvergusses nach der
vorliegenden Erfindung. Hierzu wird, wie in
2a dargestellt,
der unvergossene Stator
01 zunächst mit einer
Rotationsdrehzahl n, die größer als eine Mindestdrehzahl
ist, um seine Längsachse
in Rotation versetzt. Im Inneren des laminierten Blechpakets
02 befindet
sich eine Spritzdüse
06, die radial nach außen
eine Vergussmasse
10 abgibt, die nach einer gewissen Einbringzeit
den Stator zum Teil, wie in
2b dargestellt,
ausfüllt (teilweiser Verguss
08). Prinzipiell
kann die Vergussmassen-Einbringung
07 auch andersartig,
beispielsweise durch vorheriges Bestreichen der Statorinnenwandung
mittels Vergussmasse oder durch Einpressen mittels eines Formstempels
erfolgen, jedoch hat sich insbesondere das Einspritzen von Vergussmasse
durch eine im Bereich der Rotationswelle liegenden Spritzdüse
06 radial
nach außen als vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch
eine äußerst gleichmäßige Vergussmassen-Einbringung
07 und
-Verteilung sichergestellt wird. Nach einer gewissen Rotationszeit
füllt die Vergussmasse
10 den Stator
11 vollständig
aus – wie in
2c gezeigt (vollständiger
Verguss
09).
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Schließlich
zeigt 3 das Ergebnis des Rotationsvorgangs:
einen
vergossenen Stator 11, dessen Vergussmasse bis nahe an
den Rotor 03 reicht, so dass nur ein geringer Luftspalt
zwischen Vergussmasse 10 und drehbarem Rotor 03 verbleibt.
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Soll
in diesem Fall die Vergussmasse 10 des Weiteren hochpermeable
Eigenschaften aufweisen, so kann durch den geringen Luftspalt und
die magnetischen Eigenschaften der Vergussmasse 10 ein
verbesserter Schluss des magnetischen Kreises zwischen Stator 11 und
Rotor 03 erreicht und somit der Wirkungsgrad des Motors
deutlich erhöht werden. Dies erfolgt in der Regel durch
einem zweistufigen Vergussvorgang, wobei in einem ersten Vergussprozess
die Nutschlitze des Stators 11 mit wärmeleitender
Vergussmasse 10 gefüllt wird, und in einem zweiten
Vergussprozess die Innenwandung des Stators 11 mit einer
Vergussmasse 10 mit magnetisch hompermeablen Füllstoffen
vergossen wird.
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Schließlich
zeigt die 4a ein Ausführungsbeispiel
einer Vergussvorrichtung 12 zur Durchführung des
Rotationsvergusses. Die Vergussvorrichtung 12 umfasst eine
Antriebseinrichtung 13, die eine Rotationswelle 17 antreibt.
Auf der Rotationswelle 17 ist eine Halteeinrichtung 15 angeordnet,
die zwei kreisförmige Begrenzungsscheiben 15A, 15B umfasst,
die die A-Seite und B-Seite eines Stators 16 flankieren,
und den Stator 16 aufnehmen und halten. Dabei können
die Begrenzungsscheiben insbesondere die Wickelköpfe durch
geeignete Ausnehmungen aufnehmen und wärmeleitend an das
Statorgehäuse anschließen. Am axialen Ende der
Rotationswelle 17 ist eine Gegenlagereinrichtung 14 angeordnet,
die die Rotationswelle 17 drehbar lagert. Damit wird die
Rotationswelle 17 zum einen von der Antriebseinrichtung 13,
zum anderen von der Gegenlagereinrichtung 14 abgestützt,
so dass selbst Statoren 16 großer Masse mittels
des Rotationsgussverfahrens schwingungsfrei vergossen werden können.
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In
der 4b ist ein Schnitt durch die Vergussvorrichtung 12 dargestellt.
Durch die Schnittdarstellung wird offensichtlich, dass der Stator 16,
der eine Statorwicklung 20 umfasst, während des
Rotationsvorgangs durch die Spritzdüse 18 mit
Vergussmasse 10 vergossen wird. Die Vergussmassen-Einbringung 19 erfolgt
dadurch, dass die fließfähige Vergussmasse 10 entlang der
Länge der Spritzdüse 18 radial nach außen
geschleudert wird, und sich auf die Innenwandung der Statorwicklung 20 anlegt.
Durch die Rotation des Stators 16 wird die fließfähige
Vergussmasse 10 in die Hohlräume der Statorwicklung 20 gedrückt,
und bildet nach dem Aushärten eine rotationssymmetrische
Vergussoberfläche im Inneren der Stators 20 aus.
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- 01
- Unvergossener
Stator
- 02
- Laminiertes
Blechpaket
- 03
- Rotor
- 04
- Statorwicklung
- 05
- Statorzahn
- 06
- Vergussdüse
- 07
- Rotationsvergussvorgang
- 08
- Teilweiser
Verguss
- 09
- Vollständiger
Verguss
- 10
- Vergussmasse
- 11
- Vergossener
Stator
- 12
- Vergussvorrichtung
- 13
- Antriebseinrichtung
- 14
- Gegenlagereinrichtung
- 15
- Halteeinrichtung
- 16
- Stator
- 17
- Rotationswelle
- 18
- Spritzdüse
- 19
- Rotationsvergussvorgang
- 20
- Statorwicklung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 2606401
A1 [0005]
- - DE 69601623 T2 [0005]
- - DE 102005058219 A1 [0005]
- - WO 2004/008603 A2 [0005]
- - DE 102004034428 A1 [0006]
- - JP 59123450 A [0006]
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