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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets, wobei mehrere jeweils einen Ausrichtabschnitt oder mehrere Ausrichtabschnitte aufweisende Einzelbleche von wenigstens einem zumindest abschnittsweise einen aufschmelzbaren Oberflächenbelag aufweisenden Rohblech abgetrennt und positionskonform bezüglich ihrer Ausrichtabschnitte paketiert werden, wobei die paketierten Einzelbleche durch Aufschmelzen des Oberflächenbelags oder eine chemische Reaktion des Oberflächenbelags miteinander stoffschlüssig verfügt werden.
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Derartige Blechpakete werden typischerweise als Stator- oder Rotorblechpakete oder Komponenten davon in elektrischen Maschinen eingesetzt. Im Rahmen des so genannten Stanzpaketierens zur Herstellung eines Blechpakets ist es bekannt, in jedem Einzelblech einen Ausrichtabschnitt oder mehrere Ausrichtabschnitte vorzusehen, wodurch die vorgesehene Ausrichtung der paketierten Einzelbleche untereinander gesichert wird. Die Einzelbleche werden dann unter Verwendung eines Oberflächenbelags, der häufig als Backlack bezeichnet wird, miteinander stoffschlüssig verbunden. Alternativ ist es bekannt, die Einzelbleche durch Verschweißen unmittelbar miteinander zu verfügen.
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Nachteilig ist dabei in beiden Fällen, dass im Bereich der Ausrichtabschnitte eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen zwei Einzelblechen entsteht, die das Auftreten von induzierten Wirbelströmen während des Betriebs begünstigt. Die Leistungsfähigkeit einer elektrischen Maschine, die ein derartiges Blechpaket aufweist, wird dabei merklich herabgesetzt.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, auf die Ausrichtabschnitte zu verzichten und die mit dem Oberflächenbelag versehenen Einzelbleche zunächst aus dem Rohblech auszustanzen und in einem vom Stanzprozess getrennten Verfahrensschritt aufwändig in der vorgesehenen Ausrichtung anzuordnen, wonach die Einzelbleche stoffschlüssig verfügt werden. Dabei entstehen zwar keine elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Einzelblechen, der hohe Automatisierungsgrad und die damit verbundenen großen Ausbringungszahlen des kombinierten Stanzpaketierens lassen sich so jedoch nicht erreichen.
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Als nächstliegender Stand der Technik beschreibt die WO 2005/ 020 410 A2 einen Reluktanzmotor, dessen Stator Wickelkerne aufweist und aus übereinandergelegten Statorblechen zusammengesetzt ist.
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Die
US 4 912 350 A beschreibt einen laminierten Statorkern für eine dynamoelektrische Maschine mit einer Mehrzahl von gleichen Schichtungen, wobei jede weitestgehend quadratisch ausgebildet ist und eine zentrale kreisförmige Öffnung aufweist.
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Die
DE 10 2012 210 971 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von segmentierten Statorkernen umfassend das Befördern eines Rohlings bei jedem einer Vielzahl von Presszyklen zum Ausbilden und Modellieren eines Segments, wobei mehrere Stanzen aktiv werden und das Segment vom Rohling abgetrennt wird.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber aufwandsärmeres Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetisch verbesserten Blechpakets anzugeben.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die oder zumindest ein Teil der positionskonform angeordneten Ausrichtabschnitte von den paketierten Einzelblechen abgetrennt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den oder einen Ausrichtabschnitt an Stellen der Einzelbleche vorzusehen, die für das herzustellende Blechpaket nicht benötigt werden und mithin nach dem Paketieren verworfen werden können. Dabei dienen die Ausrichtabschnitte nur als temporäres Hilfsmittel für das Paketieren der Einzelbleche und werden zur Bereitstellung des Blechpakets von den übrigen Abschnitten der paketierten Einzelbleche abgetrennt. Bis zum Abtrennen der oder zumindest eines Teils der positionskonform angeordneten Ausrichtabschnitte können die paketierten Einzelbleche folglich weiterhin in ihrer vorgesehenen und durch die Ausrichtabschnitte gesicherten Ausrichtung gehandhabt werden, insbesondere in einen Ofen und dergleichen zum Aufschmelzen des Oberflächenbelags verbracht werden. Durch das Abtrennen der oder zumindest eines Teils der positionskonform angeordneten, bevorzugt aller, Ausrichtabschnitte wird eine mögliche elektrisch leitfähige Verbindung zwischen benachbarten Einzelblechen entfernt. Vorteilhafterweise kann so die aufwandsarme Handhabung mittels der Ausrichtabschnitte gesicherter paketierter Einzelbleche während der Herstellung bei einer gleichzeitigen Reduzierung oder Vermeidung elektromagnetisch unerwünschter Kontaktierung zwischen den Einzelblechen erzielt werden.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mithin zunächst die jeweils einen Ausrichtabschnitt oder mehrere Ausrichtabschnitte aufweisenden Einzelbleche vom Rohblech abgetrennt, wobei das Rohblech zumindest abschnittsweise den, insbesondere aufschmelzbaren, Oberflächenbelag aufweist. Zweckmäßigerweise wird als Rohblech ein Blechband verwendet, aus dem die Einzelbleche abgetrennt werden. Der Oberflächenbelag kann ein- oder beidseitig auf dem Rohblech aufgebracht sein und ist zweckmäßigerweise elektrisch isolierend. Darunter ist insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit zu verstehen, die mindestens um den Faktor 1000 geringer ist als die elektrische Leitfähigkeit des Materials der Einzelbleche bzw. des Rohblechs. Bevorzugt umfasst der Oberflächenbelag einen aufschmelzbaren Lack, insbesondere einen sogenannten Backlack. Das Abtrennen der Einzelbleche aus dem Rohblech erfolgt typischerweise durch Zerteilen, insbesondere durch Scherschneiden. Typischerweise wird dazu ein Stanzwerkzeug verwendet.
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Anschließend können die Einzelbleche positionskonform bezüglich ihrer Ausrichtabschnitte paketiert werden. Dazu können der oder ein Ausrichtabschnitt jeweils zweier benachbarter Einzelbleche derart unmittelbar übereinanderliegend angeordnet werden, dass die benachbarten Einzelbleche gegen einen Querversatz zueinander gesichert oder sicherbar sind. Ein Ausrichtabschnitt kann beispielsweise in einen positionskonformen Ausrichtabstand eines benachbarten Einzelblechs greifen. Alternativ können benachbarte Einzelbleche miteinander durch Verschweißen oder Verspannen verbunden werden und so gegen einen Querversatz gesichert sein. Es ist aber auch denkbar, dass durch die Ausrichtabschnitte lediglich eine Haltemöglichkeit für eine weitere versatzfreie Handhabung der paketierten Einzelbleche bereitgestellt wird.
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Die paketierten Einzelbleche werden beispielsweise durch Aufschmelzen des Oberflächenbelags miteinander stoffschlüssig verfügt. Bevorzugt erfolgt das Aufschmelzen durch Erwärmen des Oberflächenbelags, mithin durch thermisches Aufschmelzen. Es ist aber auch denkbar, dass das Aufschmelzen mittels eines Lösungsmittels erfolgt. Nach dem Aufschmelzen kann der Oberflächenbelag ausgehärtet werden und somit die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Einzelblechen erzeugen. Alternativ wird eine chemische Reaktion des Oberflächenbelags ausgelöst, durch die die Einzelbleche stoffschlüssig ohne ein Aufschmelzen des Oberflächenbelags verfügt werden. Die chemische Reaktion kann beispielsweise elektrisch, thermisch oder elektromagnetisch ausgelöst werden.
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Das Abtrennen zumindest eines Teils der oder aller positionskonform angeordneten Ausrichtabschnitte von den paketierten Einzelblechen kann wiederum mittels eines Zerteilverfahrens erfolgen, bevorzugt durch Schneiden, Scherschneiden oder Brechen. Es ist jedoch auch die Verwendung eines, insbesondere thermischen Abtrageverfahrens, beispielsweise Laserschneiden, oder eines spanenden Trennverfahrens denkbar. Die hergestellten Blechpakete werden bevorzugt für eine elektrische Maschine verwendet. Es ist jedoch auch möglich, das Blechpaket für einen Transformator zu verwenden.
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Zweckmäßigerweise wird in den oder einen Ausrichtabschnitt eine Durchsetzung eingetieft und/oder eine Durchbrechung eingebracht. Dies kann während des Abtrennen vom Rohblech oder unmittelbar anschließend erfolgen. Die Durchsetzung weist bevorzugt eine zylinderartige, quaderartige, pyramidenartige, pyramidenstumpfartige, kegelartige oder kegelstumpfartige Innenform auf, so dass Durchsetzungen benachbarter Einzelbleche ineinanderliegend angeordnet werden können. Typischerweise weist ein äußeres Einzelblech eine Durchbrechung auf, in der die Durchsetzungen seines benachbarten Einzelblechs angeordnet wird. Alternativ oder zusätzlich können die oder zumindest ein Teil der positionskonform angeordneten Ausrichtabschnitte der Einzelbleche miteinander verschweißt werden.
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Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ferner bevorzugt, wenn der oder ein Ausrichtabschnitt randseitig am Einzelblech hervorstehend ausgebildet wird. Eine nach dem Abtrennen der Ausrichtabschnitte entstehende Trennkante bildet dementsprechend eine äußere Randkontur des Blechpakets.
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Um eine beim Abtrennen der Ausrichtabschnitte entstehende Trennkante möglichst klein auszubilden, kann der oder ein Ausrichtabschnitt ein Ausrichtelement und einen das Ausrichtelement mit dem übrigen Einzelblech verbindenden Steg aufweisend ausgebildet werden. Mithin wird der Ausrichtabschnitt samt seines Ausrichtelements und des Stegs vom übrigen Einzelblech abgetrennt. Bevorzugt wird der Steg winklig, insbesondere rechtwinklig, vom übrigen Einzelblech abstehend ausgebildet. Typischerweise wird die Durchbrechung und/oder Durchsetzung und/oder eine Schweißstelle im Ausrichtelement eingebracht. Insbesondere wird das Ausrichtelement rund, oval oder mehreckig ausgebildet.
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Außerdem ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erleichterung des Abtrennens der Ausrichtabschnitte vor Vorteil, wenn in einem Übergangsbereich des oder eines Ausrichtabschnitts zum übrigen Einzelblech eine als Solltrennstelle verwendete Materialschwächung ausgebildet wird. Die Solltrennstelle weist beispielsweise eine Eintiefung oder wenigstens eine Durchgangsöffnung auf.
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Für eine möglichst materialsparende Herstellung des Blechpakets wird es ferner bevorzugt, wenn der oder ein Ausrichtabschnitt in einem bereits durch die Form des übrigen Einzelblechs als Verschnitt beanspruchten Bereich des Rohblechs ausgebildet wird. Auf diese Weise entsteht bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein zusätzlicher Materialaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.
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Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass das Verfügen der Einzelbleche nach dem Abtrennen der Ausrichtabschnitte erfolgt. So lassen sich eventuelle Fehlausrichtungen gegebenenfalls manuell korrigieren. Es wird jedoch bevorzugt, wenn das Abtrennen der Ausrichtabschnitte von den paketierten Einzelblechen nach dem Verfügen erfolgt. Mit anderen Worten werden die paketierten Einzelbleche samt ihrer Ausrichtabschnitte miteinander verbunden, wonach die verfügten Ausrichtabschnitte von den übrigen Abschnitten der paketierten Einzelbleche abgetrennt werden. Die paketierten Einzelbleche verbleiben mithin bis einschließlich des Aufschmelzens des Oberflächenbelags oder des Auslösens der chemischen Reaktion in ihrer gesicherten Ausrichtung zueinander und können besonders einfach gehandhabt werden. So wird insbesondere die Verwendung eines Durchlaufofens ermöglicht, um eine besonders effiziente Herstellung der Blechpakete zu erreichen. Zweckmäßigerweise erfolgt das Abtrennen nach dem Aushärten des Oberflächenbelags.
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Schließlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, wenn das Abtrennen der Einzelbleche und das Paketieren innerhalb derselben Werkzeugmaschine erfolgt. Die hohen Ausbringungszahlen, die sich durch bekannt Werkzeugmaschine realisieren lassen, können so auch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden. Als Werkzeugmaschine kann beispielsweise eine herkömmliche Stanzpaketiervorrichtung verwendet werden. Die Werkzeugmaschine kann in eine Prozesskette mit einem Ofen zum Aufschmelzen des Oberflächenbelags oder einer Vorrichtung zum Auslösen der chemischen Reaktion geschaltet werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine, welche wenigstens ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Blechpaket aufweist. Das Blechpaket kann als Statorblechpaket, als Rotorblechpaket, als Statorblechpaketkomponente oder als Rotorblechpaketkomponente ausgebildet sein. Bevorzugt wird die Verwendung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug als Antriebseinrichtung.
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Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine übertragen, so dass auch mit dieser zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Blechpakets;
- 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten Blechpakets.
- 3 ein im Rahmen des in 1 gezeigten Verfahrens verwendetes Einzelblech;
- 4 im Rahmen des in 1 gezeigten Verfahrens paketierte Einzelbleche; und
- 5 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Blechpakets 1, welches aus mehreren gestapelten Einzelblechen 2 gebildet ist. Die Einzelbleche 2 sind untereinander durch einen aufgeschmolzen und ausgehärteten elektrisch isolierenden Oberflächenbelag 3 stoffschlüssig verbunden, der zumindest in einem ausgehärteten Zustand eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die wenigstens um den Faktor 1000 geringer ist als die elektrische Leitfähigkeit des Materials der Einzelbleche 2. Ein solcher aufschmelzbarer Oberflächenbelag 3 wird auch als Backlack bezeichnet. Ersichtlich sind die Einzelbleche 2 vollständig gegeneinander isoliert und weisen keine elektrisch leitfähigen Verbindungen auf, die bei einer Verwendung des Blechpakets 1 in einer elektrischen Maschine oder einen Transformator Wirbelströme verursachen könnten.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des Blechpakets 1, welches im Folgenden näher beschrieben wird:
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In einem Schritt S1 wird einer als Stanzpaketiervorrichtung ausgebildeten Werkzeugmaschine ein Rohblech in Form eines Blechbands bereitgestellt. Das Rohblech ist einseitig oder beidseitig mit dem Oberflächenbelag 3 versehen, der jedoch selbstverständlich noch nicht zur Verbindung der Einzelbleche 2 miteinander aufgeschmolzen wurde.
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In einem anschließenden Schritt S2 wird ein Einzelblech 2 von dem Rohblech abgetrennt. 3 zeigt das Einzelblech 2, welches ersichtlich mehrere randseitig am übrigen Einzelblech 2 hervorstehende Ausrichtabschnitte 4, 5 aufweist. Die Ausrichtabschnitte 4 umfassen jeweils einen rechtwinklig am Einzelblech 2 hervorstehenden Steg 6, an den sich ein rundes Ausrichtelement 7 anschließt. Der Ausrichtabschnitt 5 unterscheidet sich vom Ausrichtabschnitt 4 insbesondere dadurch, dass ein an einen Steg 8 anschließendes Ausrichtelement 9 rechteckförmig ausgebildet wird. Die Laufrichtung des Blechbands ist in 3 durch einen Pfeil P dargestellt. Ersichtlich liegen die Ausrichtabschnitte 4, 5 in einem Bereich, der auch ohne ihre Ausbildung am Einzelblech 2 als Verschnitt anfallen würde, so dass kein zusätzlicher Materialbedarf durch die Einbringung der Ausrichtabschnitte 4, 5 entsteht.
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In einem folgenden Schritt S3 werden in die Ausrichtelemente 7, 9 jeweils Durchsetzungen 10, 11 eingetieft. Diese weisen im Fall der Ausrichtelemente 7 eine kegelstumpfförmige oder zylindrische und im Fall des Ausrichtelement 9 eine quaderförmige oder pyramidenstupfförmige Innenform auf, so dass die Durchsetzungen 10, 11 in jene eines benachbarten Einzelblechs 2 greifen können.
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In einem weiteren Schritt S4 wird in Übergangsbereiche zwischen den Ausrichtabschnitten 4, 5 und dem übrigen Einzelblech 2 jeweils eine Materialschwächung 12, 13 als Solltrennstelle ausgebildet. Vorliegend wird dazu eine sich über die gesamte Breite des jeweiligen Stegs 6, 8 erstreckende Eintiefung eingebracht. Alternativ dazu sind auch Materialschwächungen in Form von einer oder mehreren Durchbrechungen denkbar.
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Die Schritte S3 und/oder S4 können parallel zum Schritt S2 durch ein kombiniertes Werkzeug der Werkzeugmaschine oder sequentiell durch separate Werkzeuge der Werkzeugmaschine durchgeführt werden.
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In einem anschließenden Schritt S5 wird das Einzelblech 2 paketiert, das heißt es wird in einer Aufnahmevorrichtung zwischengelagert. Wie durch eine Verzweigung S6 dargestellt, werden die Schritte S2 bis S5 nun wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl an Einzelblechen 2 in der Aufnahmevorrichtung eingelagert ist.
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4 zeigt solche paketierten Einzelbleche 2. Ersichtlich werden diese im Schritt S5 positionskonform bezüglich ihrer Ausrichtabschnitte 4, 5 paketiert, so dass die jeweiligen Ausrichtabschnitte 4, 5 deckungsgleich übereinanderliegen und die Durchsetzungen 10, 11 in jene des jeweils benachbarten Einzelblech 2 hineinragen. Die paketierten Einzelbleche 2 sind damit gegen einen Querversatz gesichert und werden in einem anschließenden Schritt S7 aus der Aufnahmevorrichtung ausgeschleust.
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In einem weiteren Schritt S8 werden die paketierten Einzelbleche 2 einem Durchlaufofen zugeführt, in dem der Oberflächenbelag 3 thermisch aufgeschmolzen und die Einzelbleche 2 nach einem Aushärten des Oberflächenbelags 3 stoffschlüssig miteinander verfügt werden. Alternativ ist auch ein Aufschmelzen durch ein Lösungsmittel im Schritt S8 denkbar.
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In einem letzten Schritt S9 werden die positionskonform angeordneten Ausrichtabschnitte 4, 5 von den paketierten Einzelblechen 2 abgetrennt. Dies erfolgt mittels eines Schneidwerkzeugs, durch ein Brechwerkzeug („cracken“), einen Trennscheider oder durch thermisches Abtrennen (Laserschneiden). Das Abtrennen wird dabei durch die Materialschwächungen 12, 13 erleichtert. Das erhaltene, in 1 gezeigte Blechpaket 1 weist ersichtlich keine elektrisch leitfähigen Verbindungen zwischen den Einzelblechen 2 auf, da jedes Paar benachbarter Einzelbleche 2 vollflächig durch den elektrisch isolierenden Oberflächenbelag 3 voneinander separiert ist und die vormals elektrisch leitfähigen Kontakte zwischen den Einzelblechen 2 herstellenden Ausrichtabschnitte 4, 5 fehlen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens werden die Einzelbleche entweder nacheinander oder durch Tiefschweißen im paketierten Zustand verschweißt. Der Schritt S3 kann dabei entfallen.
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Gemäß einem weiteren Ausgangsbeispiel werden im Schritt S3 Durchbrechungen in die Ausrichtelemente 7, 9 eingebracht und die Einzelbleche im paketierten Zustand (unmittelbar nach oder vor dem Schritt S6) zusätzlich temporär durch einen in die Ausrichtelemente 7, 9 durchsetzenden Bolzen verspannt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Einzelbleche 2 mit einem Oberflächenbelag 3 versehen, der die stoffschlüssige Verbindung zwischen ihnen durch eine chemische Reaktion erzeugt. In diesem Fall werden die paketierten Einzelbleche 2 in Schritt S8 einer Vorrichtung zum Auslösen der chemischen Reaktion zugeführt und die chemische Reaktion ausgelöst.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Schritte S8 und S9 in umgekehrter Reihenfolge zum in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
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5 zeigt eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch eine elektrische Maschine 14, welche beispielsweise als Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendbar ist, wobei ein Stator 15 und einen Rotor 16 jeweils ein gemäß einem zuvor beschriebenen Verfahren hergestelltes Blechpaket 1 aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der elektrischen Maschine 14 werden ein Statorsegment eines mehrteilig aufgebauten Stators 15 und/oder ein Rotorsegment eines mehrteilig aufgebauten Rotors 16 durch ein gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestelltes Blechpaket 1 gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blechpaket
- 2
- Einzelblech
- 3
- Oberflächenbelag
- 4
- Ausrichtabschnitt
- 5
- Ausrichtabschnitt
- 6
- Steg
- 7
- Ausrichtelement
- 8
- Steg
- 9
- Ausrichtelement
- 10
- Durchsetzung
- 11
- Durchsetzung
- 12
- Materialschwächung
- 13
- Materialschwächung
- 14
- Maschine
- 15
- Stator
- 16
- Rotor
- P
- Pfeil
