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Die Erfindung betrifft einen Rotor und/oder einen Stator für eine Elektromaschine mit Funktionsblechen, wie Rotorblechen oder Statorblechen, die segmentartig gruppiert sind, um auf einem Träger, wie einem als Rotorwelle bei einem Rotor bzw. als Gehäuse bei einem Stator ausgebildeten Rotorträger / Statorträger befestigt zu werden.
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Benachbarter Stand der Technik ist bspw. aus der
DE 10 2011 115 454 A1 bekannt. Dort wird eine magnetische Baugruppe vorgestellt, insbesondere für eine elektrische Maschine, umfassend mindestens zwei hartmagnetische Segmente zur Erzeugung eines Magnetfeldes und mindestens zwei weichmagnetische Segmente zur Führung des Magnetfeldes, bei welchem die weichmagnetischen Segmente durch eine unmagnetische Haltestruktur zusammengehalten sind. Als besonders ist in dieser älteren Patentanmeldung herausgestellt, dass ein hartmagnetisches Segment über einen Kontaktspalt an einem wachmagnetischen Segment zu einem ersten Baugruppensegment angeordnet ist, wobei das erste Baugruppensegment mit einem zweiten Baugruppensegment über einen Toleranzspalt verbunden ist und der Toleranzspalt eine größere Breite als der Kontaktspalt aufweist. Es wird ein Kontaktmittel eingesetzt, das Klebstoff umfassen kann. Insbesondere werden Bindemittel offenbart. Dieses Bindemittel füllt auch radial außerhalb und radial innerhalb von hartmagnetischen Segmenten liegende Spalten aus.
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Es gibt also bereits segmentierte Blechpakete und es gibt bereits geklebte Welle-Nabe-Verbindungen von Blechpaketen bei Rotoren und Statoren. Diese Blechpakete sind grundsätzlich geschickter, als aus kreisförmigen Einzelblechen die Rotoren oder Statoren aufzubauen, da sonst ein hoher Anteil an Blechverschnitt zu beklagen wäre. Üblicherweise werden Aufschrumpf- oder Verpresslösungen eingesetzt, um die Funktionsbleche an Trägern zu befestigen. Dies zieht jedoch hohe Spannungen nach sich, was unerwünscht ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile zu vermeiden oder wenigstens zu mildern und insbesondere eine kostenoptimierte Lösung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere Blechverschnitt vermeidet, aber auch hohe Spannungen im Rotor oder Stator verhindert. Es sollen auch besonders gut dämpfende Rotoren oder Statoren erreicht werden. Insbesondere soll eine Optimierung beim akustischen Verhalten erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rotor bzw. einem gattungsgemäßen Stator erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Funktionsblech eines ersten Segments auf einer im Einbauzustand in einer Elektromaschine auf der stator- oder rotorabgewandten Innen- oder Außenseite einen in Umfangsrichtung weisenden Vorsprung / eine Nase besitzt, der/die in Umfangsrichtung eine Klebstoffschicht zwischen zwei Funktionsblechen übergreifend in eine Aufnahmeausnehmung des in Umfangsrichtung angrenzenden Funktionsblechs, insbesondere derselben Lage, des benachbarten Segments eingreift.
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Während durch das Aufschrumpfen üblicherweise hohe Spannungen im Rotor-/ Statorblech entstehen, können nun mittels einer Verklebung sonst auftretende Spannungen deutlich verringert werden. Zusätzlich kann man durch das Segmentieren der Blechpakete, aufgebaut aus den Funktionsblechen, den Blechverschnitt deutlich verringern. Durch den Klebstoff kann man auch Toleranzen besser ausgleichen. Der Klebstoff bringt ferner gute dämpfende Eigenschaften mit sich, die sich positiv auf das akustische Verhalten der Elektromaschine auswirken. Eine Kostenersparnis durch den geringeren Blechverschnitt kann man ebenfalls wahrnehmen. Es stellt sich ferner eine Kostenersparnis durch geringere mechanische Anforderungen an das verpresste Blech ein. Durch geringere mechanische Anforderungen an die Elektrobleche können auch die elektromagnetischen Eigenschaften der Bleche gesteigert werden, was zu einer höheren Effizienz führt. Die segmentierten Funktionsblechpakete können gleichzeitig mit beliebiger Klebespaltgeometrien untereinander mit dem Träger verbunden werden. Es sind dünne Spalte, die gleichmäßig sind, denkbar, genauso auch jene spalte, die formunterschiedlich ausgebildet sind. Somit kann man für hochviskose Klebstoffe größere Spalte mit bestimmten Formen vorsehen und für niedrigviskose Klebstoffe gleichmäßige Spalte verwenden, die klein sind. Es haben sich Viskositäten von 1 mPas bis weit über 250.000 mPas bewährt. Mögliche Klebstoffe wären z. B. anaerobe Klebstoffe, Einkomponentenklebstoffe aber auch Zweikomponentenklebstoffe, diese können chemisch härtend, physikalisch abbindend, oder mit einem kombiniertem Aushärtemechanismus reagieren. Die Spaltgeometrie kann viele erdenkliche Formen einnehmen, insbesondere solche, die gleichmäßige Schichtdicken, also gleichmäßige Spalte, bedingen. Es können aber auch lokal unterschiedliche Schichtdicken hervorgerufen und gewollt sein.
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Es sei bemerkt, dass als Klebstoff jegliches adhäsiv wirkendes Mittel verstanden wird. Ein möglicher Einsatz ist für Elektromaschinen, wie sie bei Hybridmodulen Einsatz finden, vorgesehen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Funktionsbleche eines Segments am Rotorträger oder am Statorträger über eine in Umfangsrichtung verlaufende Klebstoffschicht einerseits befestigt sind und/oder an den Funktionsblechen des in Umfangsrichtung benachbarten Segments über eine in Radialrichtung ausgebildete Klebstoffschicht andererseits befestigt sind. Ein besonders haltbarer Rotor bzw. ein besonders haltbarer Stator ist dann die Folge.
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Es hat sich auch bewährt, wenn der Vorsprung als ein Dreieck, ein oder mehrere Zacken, eine Nase, ein Pfeil oder als ein Schwalbenschwanz ausgebildet ist, also eine entsprechende Geometrie aufweist. Ein guter Formschluss kann dann hervorgerufen werden.
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Für einen langlebigen Formschluss hat es sich auch als hervorragend herausgestellt, wenn die Aufnahmeausnehmung eine zum Vorsprung komplementäre Form besitzt.
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Dabei ist es wünschenswert, wenn wenigstens eine der Klebstoffschichten, vorzugsweise alle in Radialrichtung ausgerichteten Klebstoffschichten und/oder die in Umfangsrichtung verlaufende Klebstoffschicht bzgl. der verwendeten Klebstoffviskosität auf die Spaltdicke, in der die Klebstoffschicht vorhanden ist, abgestimmt ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsbleche als Rotorbleche oder als Statorbleche ausgebildet sind.
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Wenn die Rotorbleche Haltestrukturen zum Befestigen von Permanentmagneten besitzen, so können Permanentmagnete einfach befestigt, etwa angeclipst werden.
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Es hat sich auch bewährt, wenn der Vorsprung und die sie beherbergende Aufnahmeausnehmung so bemessen sind, dass sie einen Klebstoffdurchtritt in Radialrichtung verunmöglichen.
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In dem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn die Klebstoffschicht, die zwischen dem Träger und den Funktionsblechen angeordnet ist, zwischen zwei Segmenten von Funktionsblechen zum Beispiel eine im Querschnitt linsenartige Verdickung besitzt, die sich vorzugsweise in Umfangsrichtung an den Funktionsblechstößen wiederholt.
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Wenn die Haltestruktur so ausgerichtet ist, dass Permanentmagnete zum Beispiel übereinander in Umfangsrichtung, Doppel-V, senkrecht zur Umfangsrichtung und/oder im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgerichtet sind oder V-förmig angeordnet sind, so können bekannte Elektromotorprinzipien umgesetzt werden. Auch andere Prinzipien sind denkbar.
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Die Erfindung betrifft auch eine Elektromaschine mit einem Stator zu dem ein Rotor konzentrisch angeordnet ist, wobei der Stator oder der Rotor erfindungsgemäß ausgebildet ist/sind.
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Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors oder eines Stators der erfindungsgemäßen Art, wobei die Funktionsbleche gleichzeitig am Träger und untereinander, vorzugsweise nach Segmenten geordnet, verklebt werden. So kann ein Verkleben simultan / gleichzeitig erfolgen. Das Verbinden der einzelnen Techniken bietet somit große Vorteile. Segmentierte Blechpakete werden gleichzeitig mit dem Rotorträger oder dem Statorträger verklebt und die einzelnen Segmente werden dabei untereinander / miteinander verklebt. Man ermöglicht in einem einzigen Prozessschritt also das gleichzeitige Verbinden von segmentierten Blechpaketen untereinander und den Trägern der Blechpakete, statt zwei separate Schritte einsetzen zu müssen. Ein Klebstoff fixiert die segmentierten Blechpakete untereinander und stellt gleichzeitig die Verbindung derer zum Rotor- / Statorträger her.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen ausschnittsweise dargestellten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rotor, und
- 2 einen ausschnittsweise dargestellten Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stator.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale des Rotors können auf den Stator übertragen werden und umgekehrt. Die durch den erfindungsgemäßen Rotor und/oder den erfindungsgemäßen Stator gebildete Elektromaschine (etwa betreibbar als Elektromotor) kann als Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein.
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In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Rotors 1 dargestellt. Der Rotor ist zum Einsatz mit einem Stator 2, wie er in 2 dargestellt ist, innerhalb einer Elektromaschine, die in Gänze nicht dargestellt ist, vorgesehen.
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Zurückkommend auf 1 sei erwähnt, dass der Rotor 1 auf einer Vielzahl von Funktionsblechen 3 aufgebaut ist. Die einzelnen Funktionsbleche 3 sind in Lagen in Axialrichtung übereinander angeordnet und bilden Segmente 4. Beim Rotor 1 sind dies Rotorblechsegmente, wohingegen beim Stator 2, der ebenfalls Funktionsbleche 3 einsetzt, die ebenfalls zu Segmenten 4 zusammengefasst sind, dies Statorblechsegmente. Sie sind jeweils in Lagen übereinander angeordnet.
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Sowohl die als Rotorbleche als auch die als Statorbleche ausgebildeten Funktionsbleche 3 weisen Vorsprünge 5 auf. Jedes Funktionsblech 5 weist einen einzigen Vorsprung 5 auf. Der Vorsprung 5 ist immer auf einer Seite, eine Radialseite unterbrechend, vorhanden.
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Zwischen jedem Segment 4 an Funktionsblechen 3 eines Rotors 1 ist ein Klebespalt 6 vorhanden. Der Klebespalt 6 ist durch eine Klebstoffschicht 7 aufgefüllt. Diese im Klebespalt 6 vorhandene Klebstoffschicht 7 ist in Radialrichtung ausgerichtet und stößt an den Vorsprung 5. Der Vorsprung 5 greift in eine Aufnahmeausnehmung 8 ein.
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Eine in Umfangsrichtung verlaufende Klebstoffschicht 7 klebt die einzelnen Segmente 4 an Funktionsblechen 3 an einem Träger 9, im Falle des Rotors 1 einen als Rotorwelle ausgebildeten Rotorträger 10, an. Durch den Innendurchmesser an den Segmenten, werden diese an der Rotorwelle zentriert. In dieser in Umfangsrichtung verlaufenden Klebstoffschicht 7 gibt es im Querschnitt als Beispiel linsenartige Verdickungen 11, hier sind allerdings auch andere Formen, wie eine Dreieckform, Sichelform etc. möglich.
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Am äußeren Rand kann der Rotor 1 auch im Bereich der Aufnahmeausnehmungen 8 Hinterschnitte aufweisen, die den jeweiligen Vorsprung 5 außenseitig bedecken. Um die Klebeverbindung mechanisch in Umfangsrichtung nochmal zu unterstützen, sollten die Formen einen solchen Hinterschnitt ausbilden. Bevorzugt ist dies beim Rotor 1. Auf den Stator 2 wirken zwar keine Fliehkräfte, doch kann dies dort auch so realisiert sein. Es bietet sich als eine Dachziegelartigkeit oder eine Nut-und-federbrettartigkeit an. Ein weiterer Vorteil eines Hinterschnitts ist, dass beim Fügen, vor dem Kleben, die Segmente so zusammengehalten werden können, ohne ihre Positionierung zueinander zu verlieren.
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Die Geometrie des Klebespaltes 6 ist nahezu beliebig wählbar, kann auch nur ein gleichmäßiger Spalt sein. Der darin vorhandene Klebstoff stellt die Verbindung zur Rotorwelle und zu benachbarten Rotorblechpaketen her, wobei die Verklebung in einem Prozessschritt erfolgt. Es gibt Haltevorrichtungen (Magnettaschen) 12 für (Permanent-) Magnete 13.
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Der beim Stator 2 verwendete Klebstoff in der entsprechenden Klebstoffschicht 7 stellt die Verbindung zum als Gehäuse ausgebildeten Statorträger 14 her.
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Die Vorsprünge 5 können auch als Verdickung, Knubbel oder Nase bezeichnet werden. Diese Vorsprünge 5 sind gegenüberliegend zur jeweiligen Verklebungsseite vorhanden. Die Funktionsbleche 3 können auch eine Mulde 15 ausbilden, um die linsenartigen Verdickungen 11 aufzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Stator
- 3
- Funktionsblech
- 4
- Segment
- 5
- Vorsprung
- 6
- Klebespalt
- 7
- Klebstoffschicht
- 8
- Aufnahmeausnehmung
- 9
- Träger
- 10
- Rotorträger
- 11
- linsenartige Verdickung
- 12
- Haltevorrichtung
- 13
- (Permanent-) Magnet
- 14
- Statorträger
- 15
- Mulde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115454 A1 [0002]
