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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Statorträgers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus der Serienfertigung von elektrischen Maschinen ist es bekannt, aus einem Werkstück einen Statorträger der elektrischen Maschine herzustellen, wobei das Werkstück in einem spanenden Bearbeitungsverfahren bearbeitet wird. Ein solches spanendes Bearbeitungsverfahren wie beispielsweise das Drehen weist hohe Kosten auf, die unter anderem in hohen Werkstückkosten sowie in einem hohen Verschleiß von benötigten Werkzeugen begründet sind.
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Aus der
DE 103 38 632 A1 ist eine Exzenterschneckenpumpe bekannt, deren schneckenförmiger Rotor durch Umformen aus einem mit einer Blechlage umwickelten Rohr hergestellt wurde. Hierbei wird erst ein zylindrisches Rohr mit einem Metallband umwickelt und dann mittels einer Vielzahl von Walzen in die gewünschte Schraubenform kaltverformt. Der Walzvorgang zur Umformung sorgt dabei für eine innigere Verbindung des Metallbands mit dem Rohr.
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Die WO 2009/ 095 090 A1 offenbart des Weiteren ein Gehäuse für einen Antrieb eines elektrischen Gerätes, insbesondere eines Haushaltsgerätes, welches in Wandungen Verprägungen aufweist. Hierbei dienen die Verprägungen, insbesondere in einer Stirnseite des Gehäuses, zur Aufnahme verschiedener Beuteile des elektrischen Gerätes und zur Versteifung der Struktur. Zusätzlich können zur weiteren Versteifung schon während der Herstellung in das Halbzeug des Gehäuses mehrdimensionale Wölbstrukturen eingeformt werden, ohne dem späteren Umformen der Verprägungen entgegen zu stehen.
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Ergänzend ist aus der
DE 103 19 258 B4 allgemein ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks durch zwei profilierte Walzrollen bekannt, sowie aus der
DE 1 752 887 C beispielsweise eine Vorrichtung eines Ringwalzwerkes mit vier Walzen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Statorträgers bereitzustellen, welches geringe Kosten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Statorträgers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Statorträgers für eine elektrische Maschine, bei welchem der Statorträger aus einem zu bearbeitenden Werkstück hergestellt wird, zeichnet sich dadurch aus, dass der Statorträger durch Umformen eines Blechhalbzeugs als Werkstück in mehreren Umformschritten hergestellt wird. Dadurch, dass das Werkstück umgeformt wird, weist das erfindungsgemäße Verfahren geringe Kosten auf. Dies liegt zum einen daran, dass insbesondere im Vergleich zu einem spanenden Bearbeitungsverfahren ein Werkstück als Ausgangswerkstück genutzt werden kann, welches einen geringen Durchmesser sowie geringe Wanddicken aufweisen kann. Dies hält den Materialaufwand zum Herstellen des Statorträgers und damit die Kosten in einem geringen Rahmen. Zum anderen entfällt zumindest im Wesentlichen der nicht unerhebliche und kostenintensive Verschleiß des Werkzeugs zum Durchführen des spanenden Bearbeitungsverfahrens. Ein weiterer, die geringen Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens positiv beeinflussender Aspekt ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein deutlich geringeres Zerspanvolumen vorliegt.
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Erfindungsgemäß wird das Blechhalbzeug in zumindest einem der Umformschritte durch ein Walzverfahren umgeformt, wobei durch das Walzverfahren zumindest eine Kühlrippe des Statorträgers, insbesondere eine Kühlrippenanordnung mit mehreren, eng aneinander liegenden Kühlrippen, an dem Blechhalbzeug ausgebildet wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Platine als Blechhalbzeug, welche vor dem Umformen ausgestanzt und gegebenenfalls gelocht wird, mittels Drückwalzen umgeformt, so dass diese zumindest im Wesentlichen eine zylinderförmige Topfform mit einer Mantelfläche und einer Grundfläche als Topfboden aufweist.
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Anschließend wird die Mantelfläche des topfförmigen Blechhalbzeugs durch ein Walzverfahren vorprofiliert, wodurch eine nicht endgültige Form von Kühlrippen an der Mantelfläche ausgebildet wird. Dabei weist eine Walzrolle zum Durchführen dieses Umformschritts eine Negativform einer auszubildenden Vorformung der Kühlrippen auf, die durch die Walzrolle in die Mantelfläche eingewalzt wird. Der Einsatz der Platine vermeidet den Einsatz eines teuren Ausgangsrohrs für das Walzverfahren, wodurch der Statorträger mit nur geringen Kosten herzustellen ist. Durch die optionale aber vorteilhafte Vorprofilierung der Mantelfläche durch das Vorwalzen sind in radialer Richtung des Statorträgers höhere Kühlrippen ausbildbar.
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An das Umformen der Platine durch Drückwalzen und das Vorprofilieren der Mantelfläche schließt sich gegebenenfalls ein weiterer Bearbeitungsschritt an, bei welchem der Topfboden von der Mantelfläche getrennt, beispielsweise abgestochen, wird. Gegebenenfalls wird dabei ein Glühen durchgeführt. Der Boden kann dann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafter Weise einem Verfahren zum Herstellen eines Rotorträgers für die elektrische Maschine zugeführt werden, wobei auch bei diesem Verfahren der Rotorträger durch ein Drückwalzverfahren hergestellt wird. Dabei wird eine Nabe aus dem Topfboden ausgeformt, eine Bodengeometrie gewalzt und schließlich eine Topfform durch ein Drückwalzverfahren ausgebildet. Auch diese Zuführung des Topfbodens zur Herstellung des Rotorträgers birgt einen weiteren Kostenvorteil, da kein Material der Platine unnötig verschwendet wird und ohnehin zum letztendlichen Herstellen der elektrischen Maschine zumindest ein Statorträger sowie zumindest ein Rotorträger hergestellt werden müssen. Das bedeutet also, dass notwendige Stückzahlen für den Statorträger und für den Rotorträger gleich sind.
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Ist der Topfboden von der Mantelfläche entfernt, so wird das Blechhalbzeug durch ein Profilwalzverfahren weiter umgeformt und schließlich fertig bearbeitet zur Darstellung der endgültigen Form des Statorträgers. Eine Endkontur der Kühlrippen wird dabei beispielsweise durch eine Kombination aus einem Ring- und einem Profilwalzverfahren geformt, wobei bei dem Ringwalzverfahren bevorzugt ein sogenannter Gleichdick hergestellt wird. Dies bedeutet, dass in Umfangsrichtung des Blechhalbzeugs bei dem Ringwalzverfahren eine zumindest im Wesentlichen konstante Wandungsdicke des Blechhalbzeugs ausgebildet wird.
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Während des Walzens können neben den Kühlrippen auch weitere umlaufende Formelemente, wie z.B. Dichtringnuten, auf der Außenseite, aber auch auf der Innenseite des Statorträgers angeformt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnungen zeigen in:
- 1 mehrere schematische Perspektivansichten eines Blechhalbzeugs, aus welchem ein Statorträger für eine elektrische Maschine hergestellt wird, wobei das Blechhalbzeug in einem unbearbeiteten Zustand, sowie in einem jeweiligen Zustand nach fünf Umformschritten zur Herstellung des Statorträgers dargestellt ist; und
- 2 ausschnittsweise eine Längsschnittansicht des Blechhalbzeugs gemäß 1 in unterschiedlichen Bearbeitungszuständen.
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Die 1 zeigt eine aus Stahl ausgebildete Platine 10 als Blechhalbzeug, aus welcher ein Statorträger 24 für eine elektrische Maschine hergestellt wird. Die Platine 10 wird dabei zunächst aus einem Blech ausgestanzt. Außerdem wird durch Lochen eine Durchtrittsöffnung 12 ausgebildet, die die Platine 10 in ihrer axialen Richtung gemäß einem Richtungspfeil 14 komplett durchsetzt.
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Anschließend wird die Platine 10 durch ein Drückwalzverfahren umgeformt, so dass die Platine 10 nun eine im Wesentlichen zylindrische Topfform mit einer Grundfläche 16 und einer Mantelfläche 18 aufweist. Bei dem Drückwalzverfahren wird eine Oberfläche der Mantelfläche 18 vorteilhafter Weise vorprofiliert, wodurch ein Vorprofil 20 ausgebildet wird. Das Vorprofil 20 stellt dabei eine Vorform, d.h. eine noch nicht endgültige Form einer Kühlrippenanordnung 22 des Statorträgers 24 für die elektrische Maschine dar. Durch das Vorprofilieren können Kühlrippen der Kühlrippenanordnung 22 in radialer Richtung des Statorträgers gemäß einem Richtungspfeil 26 besonders hoch ausgebildet werden, was die Kühlwirkung der Kühlrippenanordnung 22 positiv beeinflusst. Dies kommt wiederum einem effizienten Betrieb der elektrischen Maschine zugute. An das Drückwalzen und das Vorprofilieren der Mantelfläche 18 schließt sich ein weiterer Herstellungsschritt an, bei welchem die als Boden der Topfform ausgebildete Grundfläche 16 von der Mantelfläche 18 beispielsweise durch Abstechen getrennt wird, woran sich gegebenenfalls ein Glühen anschließt.
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Der Boden der Topfform wird dann zur Herstellung eines zu dem Statorträger 24 korrespondierenden Rotorträgers der elektrischen Maschine weiterverwendet, wobei der Boden drückgewalzt wird. Dadurch wird eine Nabe aus der Grundfläche 16 geformt, eine Bodengeometrie gewalzt und schließlich eine Topfform durch Drückwalzen ausgebildet.
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Eine mögliche detaillierte Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen des Rotorträgers aus dem abgetrennten Boden der Topfform enthält die folgenden Verfahrensschritte:
- Zunächst wird durch ein Drückwalzverfahren am Innendurchmesser der Grundfläche 16 eine Nabe angeformt. Danach wird durch ein weiteres Drückwalzverfahren am Außendurchmesser der Grundfläche 16 die Topfform ausgebildet. Darauf folgen die Verfahrensschritte einer spanenden Bearbeitung, das Härten der am Rotorträger ausgebildeten Verzahnung sowie eine abschließende Hartbearbeitung durch ein beispielsweise weiteres spanendes Verfahren.
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Durch diese Weiterverwendung der Grundfläche 16 bzw. des Bodens der Topfform wird das Material der Platine 10 sehr effizient genutzt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass somit sowohl der Statorträger 24 als auch der Rotorträger mit einem sehr geringen Materialaufwand hergestellt werden können, was die Kosten zur Herstellung der elektrischen Maschine in einem sehr geringen Rahmen hält.
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An die Trennung der Grundfläche 16 von der Mantelfläche 18 schließt sich ein Profilwalzen der Platine 10 an, bei welchem eine Fertigform der Kühlrippen der Kühlrippenanordnung 22 ausgebildet wird. Zur endgültigen Fertigstellung des Statorträgers 24 schließt sich an das Profilwalzen eine Fertigbearbeitung beispielsweise in Form eines Fertigdrehens an, wonach der Statorträger 24 zur Herstellung der elektrischen Maschine verwendet werden kann und die Bearbeitung der Platine 10 im Wesentlichen abgeschlossen ist.
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Die 1 verdeutlicht somit ein Verfahren zum Herstellen des Statorträgers 24, bei welchem der Statorträger 24 durch Umformen der Platine 10 in mehreren Umformschritten gemäß einem Richtungspfeil 28 hergestellt wird.
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Die 2 zeigt die Mantelfläche 18 mit dem Vorprofil 20, welche durch Drückwalzen der Mantelfläche 18 der Platine 10 ausgebildet wird.
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Des Weiteren zeigt die 2 die Mantelfläche 18 mit der Kühlrippenanordnung 22, welche durch Profilwalzen des Vorprofils 20 ausgebildet wird und im Wesentlichen die endgültige Form der Kühlrippenanordnung 22 darstellt.
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Die Fertigform der Kühlrippen der Kühlrippenanordnung 22 kann dabei beispielsweise auch durch eine Kombination aus einem Ring- und Profilwalzverfahren ausgeformt werden, wobei bei dem Ringwalzverfahren vorteilhafter Weise in Umfangsrichtung der Mantelfläche 18 eine konstante Wanddicke der Platine 10 bzw. des Statorträgers 24 ausgebildet wird. Mit anderen Worten wird eine Wanddickenverteilung über den Umfang der Mantelfläche 18 bzw. dem Statorträger 24 egalisiert.
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Darüber hinaus zeigt die 2 den Statorträger 24 mit der Kühlrippenanordnung 22 in ihrer Fertigform. Im Vergleich zur Mantelfläche 18 mit der Kühlrippenanordnung 22 ist der Statorträger 24 mit der Kühlrippenanordnung 22 durch Fertigdrehen spanend bearbeitet und kann in dieser Form als Statorträger für die elektrische Maschine eingesetzt werden.
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Durch das anhand den 1 und 2 dargestellte Verfahren zum Herstellen des Statorträgers 24 entfällt eine separate Ausgangsrohrherstellung, was den geringen Kosten für das Verfahren ebenso zuträglich ist wie eine sehr geringes Zerspanvolumen sowie der Entfall eines hohen Werkzeugsverschleißes zur spanenden Bearbeitung der Kühlrippen der Kühlrippenanordnung 22.
