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Diese Erfindung betrifft einen Elektromotor und insbesondere einen Elektromotor mit Gehäuse aus Aluminiumlegierung.
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Elektromotoren umfassen kurz zusammengefasst eine äußere Struktur, die beispielsweise aus einem an den zwei axialen Enden geschlossenen Gehäuse besteht, in dem ein Stator und ein Rotor untergebracht sind.
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Bei einigen bekannten Lösungen ist das Gehäuse an den Enden durch entsprechende Abdeckungen verschlossen, die fachsprachlich auch als „Flansch“ und „Schild“ bezeichnet werden.
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Ein Versorgungskreis des Stators und/oder des Rotors kann außerhalb der genannten Struktur in einer entsprechenden Aufnahme untergebracht sein, die von einer entsprechenden Abdeckung verschlossen ist, die auch als „Klemmkastendeckel“ bezeichnet wird.
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Der Rotor umfasst eine Welle, die aus der äußeren Struktur heraustritt und in dieser mittels Halterungslager befestigt ist.
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In der Branche besteht stets das Bedürfnis, die elektrischen und mechanischen Leistungen derartiger Motoren zu verbessern, um insbesondere deren Zuverlässigkeit zu erhöhen.
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Ein besonders stark wahrgenommenes Problem betrifft u. a. die Schwierigkeit, das beim Betrieb des Motors erzeugte Magnetfeld wirksam in dessen äußeren Struktur einzugrenzen. Durch die Reduzierung der magnetischen Streuungen können die Motorleistungen erhöht oder zumindest dauerhaft konstanter gestaltet werden.
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In diesem Rahmen ist es die vorrangige technische Aufgabe dieser Erfindung, die oben genannten Nachteile zu beseitigen.
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Ziel der Beschreibung ist es, einen Elektromotor bereitzustellen, bei dem das Magnetfeld in der äußeren Struktur im Vergleich zu den bekannten Lösungen wirkungsvoller eingegrenzt wird.
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Die aufgeführte technische Aufgabe und zumindest das angegebene Ziel werden im Wesentlichen durch einen Elektromotor erfüllt, der die im unabhängigen Anspruch 1 dargelegten Merkmale aufweist.
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Gemäß einem Aspekt dieser Beschreibung betrifft die Beschreibung einen Elektromotor, umfassend eine äußere Struktur, die mindestens durch eine erste Komponente gebildet ist, beispielsweise ein Gehäuse und/oder ein Schild und/oder einen Flansch.
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Im Allgemeinen umfasst die äußere Struktur des Motors andere Komponenten zum Verschließen des Gehäuses wie beispielsweise Abdeckungen oder Flansche oder Schilde.
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Der Einfachheit halber wird allgemein auf das Gehäuse Bezug genommen, wobei zu verstehen ist, dass alle Komponenten der äußeren Struktur des Motors vom selben Typ sein können.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung weist die erste Komponente der äußeren Struktur des Motors eine erste Basisschicht auf, die beispielsweise durch Umformen erhalten wird, realisiert aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
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Die erste Komponente weist eine zweite Anodisierungsschicht auf, die auf der ersten Basisschicht entwickelt ist.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung weist die zweite Schicht eine Vielzahl an oberflächenseitigen Poren auf.
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Die Poren besitzen im Allgemeinen einen Durchmesser zwischen 10 nm und 400 nm und eine Länge zwischen 20 nm und 400 nm.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung wird die zweite Schicht oder Anodisierungsschicht oberflächenseitig mit einer Versiegelung der Poren mittels Silberteilchen oder Silberionen transformiert.
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Vorteilhafterweise verleiht diese Versiegelung mit Silber der äußeren Struktur des Motors eine bessere Fähigkeit, das Magnetfeld im Motor einzugrenzen, sodass die Leistungen des Motors, insbesondere was dessen Wirkungsgrad betrifft, verbessert sind.
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Gemäß einem Aspekt dieser Beschreibung ist die erste Komponente, insbesondere die erste Schicht der ersten Komponente, aus einer Aluminiumlegierung, umfassend Silizium, realisiert.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung ist die erste Schicht der ersten Komponente in der Praxis mit einer Aluminiumlegierung realisiert, umfassend Silizium in einer Menge zwischen 0% und 15% Gewichtsanteil.
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In einer Ausführungsform ist das Gehäuse des Elektromotors beispielsweise aus Aluminium realisiert, und es ist kein Silizium enthalten. Vorzugsweise umfasst die Aluminiumlegierung Silizium in einer Menge von 5 % Gewichtsanteil, beispielsweise in der Abdeckung und/oder im Flansch. Auf diese Weise kann die erste Komponente durch Umformen erhalten werden und nachträglich mechanisch bearbeitet werden, und das Silber kann wirksam auf der zweiten Anodisierungsschicht „fixiert“ werden. Gemäß einem Aspekt der Beschreibung weist die zweite Schicht eine mikroporöse Struktur mit regelmäßiger Matrix auf, aufweisend wabenförmige Zellen, umfassend diese Poren.
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Vorzugsweise kann die zweite Schicht, die das Silber enthält, mittels eines Oberflächenbehandlungsverfahrens erhalten werden, umfassend eine Phase der anodischen Oxidation.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung umfasst das Verfahren eine Phase, in der die erste Komponente, umfassend nur die erste Schicht, die aus einer vorhergehenden Umformungsphase erhalten wurde, in einen Elektrolyten eingetaucht wird.
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Bevor die erste Komponente in den Elektrolyten eingetaucht wird, kann sie auch anderen mechanischen Bearbeitungen zur Endbearbeitung oder zum Abgraten unterzogen werden.
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Die erste Komponente besteht in jedem Fall in der Praxis nur aus der ersten Schicht, egal, ob diese aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, umfassend Silizium, besteht, wenn sie in den Elektrolyten eingetaucht wird.
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Gemäß einem Aspekt der Beschreibung besteht der Elektrolyt hauptsächlich aus einem Schwefelsäurebad oder einem Oxalsäurebad oder deren Mischung mit Zugabe des Silbernitrats oder des Silbersulfats.
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Das Oberflächenbehandlungsverfahren umfasst eine Phase zur Speisung der ersten Schicht mit einer Kombination aus Wechsel- und Gleichstrom, sodass sich diese zweite Schicht auf der ersten Schicht entwickelt und sich das vom Silbernitrat oder vom Silbersulfat getrennte Silber mit der zweiten Schicht verbindet.
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Weitere Merkmale und Vorteile dieser Beschreibung ergeben sich deutlicher aus der beispielhaften und daher nicht einschränkenden Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Elektromotors gemäß der Darstellung in den beigefügten Zeichnungen. Es zeigt:
- - 1 einen beschreibungsgemäßen Elektromotor in schematischer perspektivischer Darstellung;
- - 2 einen Ausschnitt des Motors aus 1 in einem stark vergrößerten Maßstab;
- - 3 ein Schema, das teilweise als Blockschema dargestellt ist, einer Anlage zum Erhalten eines beschreibungsgemäßen Motors.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Elektromotor gemäß dieser Beschreibung. Schematisch umfasst der Motor 1 eine äußere Struktur 2, in der ein Stator 3 und ein Rotor 4 untergebracht sind, drehbar um eine Rotationsachse R, beide auf eine im Wesentlichen bekannte Art mit der Struktur 2 verbunden.
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Die äußere Struktur 2 umfasst im dargestellten Beispiel eine erste Komponente 5, die auch als „Gehäuse“ bezeichnet wird.
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Die äußere Struktur 2 ist an ihren axialen Enden verschlossen und umfasst zum Beispiel eine Abdeckung 6 und einen Boden des Gehäuses 5, der nicht in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist.
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In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 5 an seinen axialen Enden von zwei Abdeckungen verschlossen sein, bei denen es sich beispielsweise jeweils um einen Schild bzw. einen Flansch handelt.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber nur auf die erste Komponente 5 Bezug genommen, da alle Komponenten der äußeren Struktur 2 auf dieselbe Weise realisiert werden können. Entsprechend wird nachfolgend auch nur auf eine Komponente Bezug genommen, wobei zu verstehen ist, dass auch mehrere Komponenten mit demselben, nachfolgend beschriebenen Verfahren erhalten werden können.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 2 ist festzustellen, dass die Komponente 5 eine erste Basisschicht 8 aufweist.
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Die erste Schicht 8 kann beispielsweise durch Umformen gebildet sein und ist aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, umfassend Aluminium, realisiert.
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Die Aluminiumlegierung kann Silizium in einer Menge zwischen 0 % und 15 % Gewichtsanteil umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Legierung der Komponente 5 und/oder der Komponente 6 Silizium in einer Menge von 5 % Gewichtsanteil.
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In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 5 beispielsweise aus Aluminium ohne Silizium (Si = 0 %) realisiert, während die Abdeckung 6 oder die Abdeckungen oder die Abdeckung und der Flansch mit einer Aluminiumlegierung realisiert sind, umfassend Silizium in einer Menge von 5 % Gewichtsanteil.
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Die Komponente 5 und die Komponente 6 weisen eine zweite Anodisierungsschicht 9 auf, die auf der ersten Basisschicht 8 entwickelt ist.
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Die zweite Schicht 9 kann eine Dicke von 1 bis 100 µm aufweisen. Diese Schicht 9 ist de facto nicht entfernbar, da sie direkt auf der Oberfläche der Komponente 5 gebildet ist und eine oxidierte Schicht erzeugt, die sich um zirka 50 % in der Schicht 8 verbreiten und um weitere 50 % auf deren Oberfläche bilden kann.
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Gemäß der Darstellung weist die Schicht 9 auf ihrer außenseitigen Oberfläche eine Vielzahl an Poren 10 auf.
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Die Poren 10 besitzen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 10 nm und 400 nm und eine Länge zwischen 20 nm und 400 nm.
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Im Detail ist im Hinblick auf die zweite Schicht 9 festzustellen, dass diese vorzugsweise eine mikroporöse Struktur mit regelmäßiger Matrix aufweist, aufweisend wabenförmige Zellen, umfassend die Poren 10.
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Die Schicht 9 ist oberflächenseitig mit einer Versiegelung der Poren 10 mittels Silber transformiert, allgemein bezeichnet in den Figuren mit dem Bezugszeichen 11.
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Gemäß dieser Beschreibung wird die Silber
11 umfassende Schicht
9 vorzugsweise mittels eines Oberflächenbehandlungsverfahrens des beispielsweise im Dokument
EP1207220A1 beschriebenen Typs erhalten, auf das hier der Vollständigkeit der Beschreibung halber in vollem Umfang verwiesen wird.
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Das Verfahren zum Erhalten der zweiten Schicht und somit der Komponente 5 und/oder der Komponente 6 umfasst eine Phase, in der die Komponente 5 und/oder die Komponente 6, umfassend nur die Schicht 8, bzw. gebildet nur aus der Schicht 8, in einen Elektrolyten eingetaucht wird. Beim Elektrolyten kann es sich um ein Schwefelsäurebad oder ein Oxalsäurebad oder ein Chromsäurebad oder um deren Mischung mit Zugabe des Silbernitrats oder des Silbersulfats handeln.
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Das Schwefelsäurebad kann beispielsweise 150 bis 300 g/l Schwefelsäure enthalten. Das Oxalsäurebad kann beispielsweise 20 bis 40 g/l Oxalsäure enthalten. Eine Dosis dem Bad zuzugebendes Silbernitrat kann 2 bis 10 g/l betragen. Eine Dosis dem Bad zuzugebendes Silbersulfat kann 2 bis 10 g/l betragen.
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Die Komponente 5 ist als Anode mit einem Versorgungskreis verbunden, und das Verfahren umfasst eine Phase zur Speisung der ersten Schicht mit einer Kombination aus Wechsel- und Gleichstrom, sodass sich die Schicht 9 auf der Schicht 8 entwickelt und sich das vom Silbernitrat oder vom Silbersulfat in Form von Teilchen oder Ionen getrennte Silber mit der zweiten Schicht 9 verbindet.
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Beim Versorgungsstrom kann es sich auch um einen periodischen Umkehrstrom mit negativer Wellenform (Periodic current reversal, PCR) oder um einen Impulsstrom, aufweisend eine negative Wellenform, handeln.
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Obgleich der ganze Motor 1 der Einfachheit und Deutlichkeit halber in den Figuren schematisch dargestellt ist, erfolgt das Verfahren auf allen Komponenten der äußeren Struktur, bevor der Motor 1 zusammengebaut wird.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 3 wird die Komponente 5 beispielsweise in eine mit dem genannten Elektrolyten gefüllte Wanne 100 eingefügt.
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In der Wanne 100 sind insbesondere an deren entgegengesetzten Seiten Elektroden angeordnet, die schematisch durch die entsprechenden Blöcke 101 und 102 dargestellt sind, die parallelgeschaltet miteinander verbunden sind.
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Die Elektroden 101 und 102 können beispielsweise aus kohlenstoffhaltigem Material bestehen und aus unterschiedlichen Platten, die in Reihe geschaltet verbunden und nicht dargestellt sind, gebildet sein. Die Elektroden 101 und 102 sind am Minuspol einer Gleichstromquelle, die schematisch durch einen Block 103 dargestellt ist, angeschlossen. Um den Elektrolytprozess zur Oberflächenbehandlung der Komponente 5 (oder der Komponente 6) auszuführen, wird die Komponente 5 wie bereits erwähnt mit einem Strom geladen, der eine kombinierte Wechsel-/Gleichstromwellenform o. Ä. aufweist.
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Der Pluspol der Gleichstromquelle 103 ist elektrisch an einen Reaktor angeschlossen, der schematisch durch einen Block 104 dargestellt ist, während der Minuspol wie bereits erwähnt elektrisch an die zwei Elektroden 101, 102 angeschlossen ist.
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Der Reaktor 104 ist zudem elektrisch an eine Wechselstromquelle 105 angeschlossen. Der Reaktor 104 kombiniert den positiven Gleichstrom der Gleichstromquelle 103 mit dem Wechselstrom der Wechselstromquelle 105, um einen kombinierten Strom zu erzeugen, mit dem die Komponente 5 gespeist wird.
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Der Strom zur Oberflächenbehandlung der Komponente 5 ist beispielsweise auf einem Niveau eingestellt, sodass seine Dichte 1 bis 10 A/dm2 beträgt.
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Der Strom wird bei einem gewünschten Dichteniveau im genannten Wertebereich kontinuierlich für einen vorgegebenen Zeitraum gespeist. Während der Oberflächenbehandlung wird der Elektrolyt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen -10 °C und 25 °C gehalten.
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Wenn die Schicht 9 nach Abschluss der Oxidation fertiggestellt ist, wurden Silberteilchen, insbesondere Silberionen, vom Silbernitrat oder -sulfat getrennt und in den Poren 10 abgelegt.
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Gemäß der Darstellung in 2 umfasst die Struktur der Oxidschicht 9 zwei Teile: eine weiter innen liegende Barriereschicht 9a, die auch als barrier layer bezeichnet wird und an die Schicht 8 anhaftet, und eine weiter außen liegende poröse Schicht 9b, die die Poren 10 umfasst. Bekanntermaßen besteht die Barriereschicht 9a fast vollständig aus der amorphen kristallinen Form des Aluminiumoxids und bildet sich in den ersten Augenblicken des Anodisierungsprozesses und wächst linear mit der vorgegebenen Spannung.
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Zahl und Größe der Poren 10 hängen schematisch vom verwendeten Elektrolyten und der angelegten Spannung ab.
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In einer alternativen Ausführungsform sieht das Verfahren zur Oberflächenbehandlung der Komponente 5 oder im Allgemeinen der Komponenten der äußeren Struktur 2 des Motors 1 vor, dass eine Konditionierungsphase während eines Anodisierungszyklus zwischen dem eigentlichen Anodisieren und einer Fixierungsphase durchgeführt wird. Bei der Konditionierungsphase wird die Komponente 5 (und/oder die Komponente 6) in eine Wanne mit einer sauren wässrigen Lösung, enthaltend verfügbare Silberionen, eingetaucht. Anschließend wird für einen Zeitraum in der Größenordnung einer Minute eine Potenzialdifferenz angelegt, wobei die Komponente 5 so angeschlossen ist, dass sie eine Kathode ist. Die Potenzialdifferenz aktiviert eine Migration der Ionen von der Lösung zur Oberfläche der Komponente 5, wo sie sich anhaftend in den Poren 10 ablegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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