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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators, der ein Statorblechpaket umfasst, das mit einem Kunststoffmaterial umspritzt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stator mit einem Statorblechpaket, das mit einem Kunststoffmaterial umspritzt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Werkzeug zum Herstellen eines derartigen Stators. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine fluidische Maschine, insbesondere eine hydraulische Strömungsmaschine oder Pumpe, mit einem derartigen Stator.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 17 28 181 A ist ein Tauchpumpenaggregat mit einem Elektromotor und einer davon angetriebenen Pumpe bekannt, die in einem gemeinsamen, in die Förderflüssigkeit eintauchbaren Gehäuse untergebracht sind, wobei der Stator des Elektromotors und seine Wicklung in eine Kunststoffmasse eingebettet, vorzugsweise mit einer thermoplastischen Kunststoffmasse umspritzt sind, die nur den Außenumfang des Stators im Wesentlichen frei lässt und in Verbindung mit einer den Stator in einem gewissen Abstand umgebenden Röhre aus gut wärmeleitendem Material eine Kammer bildet, die ein gut wärmeübertragendes Isoliermedium enthält, wobei die Kunststoffmasse der Umspritzung auch den Innenumfang des Statorpakets in einer dünnen Schicht umgibt. Aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2013 201 320 B4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines segmentierten Stators bekannt, dessen Joch jeweils zwischen benachbarten Polzähnen geteilt ist, in einem Werkzeug mit einer konzentrisch um eine Achse angeordneten Formfläche, wobei die Formfläche den Innendurchmesser des Stators aufweist, wobei zwischen der Formfläche und einer Kopffläche der Polzähne vor dem Einfüllen der Formmasse ein Abstand besteht, wobei die Kopffläche während des Einfüllens der Formmasse zumindest teilweise an der Formfläche anliegt, wobei die Formfläche eine zur Kopffläche korrespondierende Form aufweist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 049 292 A1 ist ein Spaltrohrmotor mit einem Spaltrohr bekannt, dass den als Nassläufer ausgebildeten und mit der Motorwelle verbundenen Rotor von dem Motorenstator trennt, wobei Teile des Stators insbesondere die Statorwicklung von Kunststoff umspritzt sind, wobei das Spaltrohr vom Kunststoff des Motorenstators umspritzt ist.
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Aus der
DE 20 2011 003 833 U1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer gattungsgemäßen elektrischen Maschine bekannt, wobei das Statorblechpaket umspritzt ist, aber die dem Luftspalt zugewandte Seite nicht mit Kunststoff bedeckt sein muss.
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EP 2 006 978 A2 zeigt einen Stator mit Kunststoffumspritzung unter Auslassung einer Beschichtung der zum Luftspalt gewandten Seite.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stator, der ein Statorblechpaket umfasst, das mit einem Kunststoffmaterial umspritzt wird, insbesondere im Hinblick auf seine Funktion im Betrieb, zum Beispiel in einer fluidischen Maschine, und/oder im Hinblick auf seine Herstellbarkeit, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen eines Stators, der ein Statorblechpaket umfasst, das mit einem Kunststoffmaterial umspritzt wird, dadurch gelöst, dass das Statorblechpaket in einem radial inneren Bereich gezielt nicht mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird. Dadurch kann ein Arbeitsluftspalt zwischen dem Statorblechpaket und einem radial innerhalb des Statorblechpakets angeordneten Rotor sehr klein gehalten werden. So können Rotor und Stator in einem engen räumlichen Kontakt zueinander angeordnet werden, was letztlich den Wirkungsgrad und die Leistung eines mit dem Stator und dem Rotor ausgestatteten Elektromotors erhöht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, das in einem radial inneren Bereich des Stators eine Abdeckeinrichtung angeordnet wird, mit welcher der radial innere Bereich des Statorblechpakets abgedeckt wird, bevor das Statorblechpaket mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird. Der Stator umfasst zusätzlich zu dem Statorblechpaket Wicklungen, die zusammen mit dem Statorblechpaket mit dem Kunststoffmaterial umspritzt werden. Der radial innere Bereich des Stators wird zum Teil mit dem Kunststoffmaterial dargestellt. Ein Teil des radial inneren Bereichs des Stators, insbesondere der radial innere Bereich des Statorblechpakets, bleibt vorteilhaft frei von dem Kunststoffmaterial. Das Aussparen des radial inneren Bereichs des Statorblechpakets wird vorteilhaft mit Hilfe der Abdeckeinrichtung realisiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung mit dem radial inneren Bereich des Statorblechpakets in Kontakt gebracht wird, um ein Eindringen von Kunststoffmaterial zwischen der Abdeckeinrichtung und dem radial inneren Bereich des Stators zu verhindern. Dadurch wird auf einfache Art und Weise und ohne zusätzliche fertigungstechnische Maßnahmen erreicht, dass der radial innere Bereich des Statorblechpakets gezielt nicht mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckeinrichtung eine flexible Abdeckhülse umfasst, die radial innen so mit einem Fluiddruck beaufschlagt wird, dass sich die flexible Abdeckhülse vorzugsweise im Wesentlichen reversibel verformt, so dass ein radial äußerer Abdeckabschnitt der flexiblen Abdeckhülse mit dem radial inneren Bereich des Statorblechpakets in Kontakt kommt. Über einen ausreichend groß gewählten Fluiddruck, insbesondere Hydraulikdruck, kann die flexible Abdeckhülse mit dem radial äußeren Abdeckabschnitt beim Umspritzen des Statorblechpakets mit dem Kunststoffmaterial sicher in Kontakt mit dem Statorblechpaket gehalten werden. Dadurch kann wirksam verhindert werden, dass der radial innere Bereich des Statorblechpakets mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird. Eventuell vorhandene Flimmergrate im Bereich der Schmiegung zwischen der Abdeckhülse und dem Statorblechpaket können in einem nachfolgenden Arbeitsgang, zum Beispiel durch Bürsten, entfernt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird, wobei zwischen dem radial inneren Bereich des Statorblechpakets und Endabschnitten des radial inneren Bereichs des Stators Hinterschnitt entsteht. Der Hinterschnitt entsteht durch die Verformung der flexiblen Abdeckhülse radial nach außen gegen den radial inneren Bereich des Statorblechpakets. Durch die flexible Gestaltung der Abdeckhülse kann der Hinterschnitt relativ einfach ohne weitere werkzeugtechnische Maßnahmen realisiert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der auf die flexible Abdeckhülse wirkende Fluiddruck abgebaut wird, bis sich die flexible Abdeckhülse wieder zurückverformt und der Stator mit dem Hinterschnitt entformt werden kann. Die vorzugsweise reversibel verformbare Abdeckhülse ist zum Beispiel aus einem temperaturbeständigen Kunststoffmaterial, wie Polytetrafluorethylen, gebildet.
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Bei einem Stator mit einem Statorblechpaket, das mit einem Kunststoffmaterial umspritzt ist, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Statorblechpaket in einem radial inneren Bereich, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, gezielt nicht mit dem Kunststoffmaterial umspritzt ist. Der Stator ist separat handelbar. Durch den vom Kunststoffmaterial freibleibenden inneren Bereich des Statorblechpakets kann der radiale Abstand zwischen einem Rotor und dem Stator verkleinert werden. Dadurch wird vorteilhaft weniger Magnetmaterial pro Drehmomentanforderung gebraucht. Der Wirkungsgrad eines mit dem Rotor und dem Stator ausgestatteten Elektromotors steigt. Die Wärmeabfuhr an ein Medium wird erleichtert, das mit einer Fluidmaschine gefördert wird, die mit dem Elektromotor ausgestattet ist.
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Die oben angegebene Aufgabe ist auch durch ein Werkzeug zum Herstellen eines vorab beschriebenen Stators, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, mit einem Stempel gelöst, der mit einer Abdeckeinrichtung kombiniert ist, mit welcher der radial innere Bereich des Statorblechpakets abgedeckt wird, bevor das Statorblechpaket in dem Werkzeug mit dem Kunststoffmaterial umspritzt wird. Bei dem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Spritzgusswerkzeug mit zwei Werkzeughälften. Das Einspritzen des Kunststoffmaterials erfolgt zum Beispiel über die Trennebene zwischen den beiden Werkzeughälften. Die Abdeckeinrichtung kann vorteilhaft auf einfache Art und Weise ausgewechselt werden, wenn sie verschlissen ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Abdeckeinrichtung, insbesondere eine Abdeckhülse, und/oder einen Stempel für ein vorab beschriebenes Werkzeug. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine fluidische Maschine, insbesondere eine hydraulische Strömungsmaschine oder Pumpe, mit einem vorab beschriebenen Stator. Die Pumpe mit dem Stator ist zum Beispiel als elektrisch angetriebene Ölpumpe, insbesondere als Seitenkanalpumpe, ausgeführt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine fluidische Maschine mit einem Gehäuse und einem herkömmlichen Stator im Schnitt;
- 2 den Stator aus 1 in einem erfindungsgemäßen Werkzeug ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schnitt; und
- 3 die gleiche Darstellung wie in 2, wobei ein Statorblechpaket des Stators in einem radial inneren Bereich gezielt nicht mit Kunststoffmaterial umspritzt ist.
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In 1 ist eine fluidische Maschine 1 mit einem Gehäuse 2 im Schnitt dargestellt. Bei der fluidischen Maschine 1 handelt es sich um eine Hydraulikpumpe, die zum Beispiel als Seitenkanalpumpe ausgeführt ist. Das Gehäuse 2 der fluidischen Maschine 1 umfasst einen Deckel 3 und einen Stator 5.
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Der Stator 5 umfasst ein Statorblechpaket 6 mit einer Vielzahl von nicht näher bezeichneten Statorblechen und mit ebenfalls nicht näher bezeichneten Wicklungen, die auf mindestens einem Wicklungsträger 7, 8 angeordnet sind. Die Wicklungen umfassen Wicklungsköpfe 9, 10, 11, 12, die außerhalb des Statorblechpakets 6 angeordnet sind.
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Das Statorblechpaket 6 mit den Wicklungen, den Wicklungsträgern 7, 8 und den Wicklungsköpfen 9 bis 12 ist mit einem Kunststoffmaterial 13 umspritzt, um den Stator 5 darzustellen. Der Stator 5 umfasst radial innen einen Aufnahmeraum 14 für einen magnetisch wirksamen Teil eines (nicht dargestellten) Rotors.
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Der Rotor und der Stator 5 stellen einen elektromotorischen Antrieb für die fluidische Maschine 1 dar. In dem Deckel 3 des Gehäuses 2 ist ein Aufnahmeraum 15 für einen hydraulisch wirksamen Teil des Rotors vorgesehen. Der hydraulisch wirksame Teil des Rotors umfasst zum Beispiel ein Laufrad, das drehfest mit dem magnetisch wirksamen Teil des Rotors verbunden ist.
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Der Stator 5 umfasst darüber hinaus eine Platine 16, die ebenfalls mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt ist. Die Platine 16 wiederum ist mit elektronischen Bauteilen 17, wie Kondensatoren, bestückt. Darüber hinaus umfasst der Stator 5 eine elektrische Anschlusseinrichtung 18. Die elektronischen Bauteile 17 sind ganz oder teilweise mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt. Die elektrische Anschlusseinrichtung 18 ist, zumindest teilweise, außerhalb des Stators 5 zugänglich, um eine elektrische Versorgungsleitung an den Stator 5 anzuschließen.
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Das Statorblechpaket 6 des Stators 5 ist vollständig mit dem Kunststoffmaterial 13 umspritzt, insbesondere auch in einem radial inneren Bereich 19 des Statorblechpakets 6. Das Kunststoffmaterial 13 in dem radial inneren Bereich 19 des Statorblechpakets 6 verhindert zum Beispiel, dass die Statorbleche des Statorblechpakets 6 mit einem Medium in Kontakt kommen, das mit der fluidischen Maschine 1 gefördert wird.
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In den 2 und 3 ist ein Werkzeug 20 mit einer unteren Werkzeughälfte 21 und einer oberen Werkzeughälfte 22 im Schnitt dargestellt. Bei dem Werkzeug 20 handelt es sich um ein Spritzgusswerkzeug mit einer Trennebene 23. In dem Werkzeug 20 ist ein Stempel 24 angeordnet.
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Der Stempel 24 ist mit einer Abdeckeinrichtung 25 und einem Stift 26 kombiniert. Der Stift 26 dient zur Ausbildung eines mittleren Lagersitzes und ist zusammen mit dem Stempel 24 in dem Werkzeug 20 Teil einer gestaltgebenden inneren Werkzeuggeometrie.
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Der Stempel 24 umfasst einen Hydraulikkanal 28, über den ein Hydraulikdruckraum 29 mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt werden kann. Über den Hydraulikkanal 28 wird bedarfsabhängig Hydraulikmedium zugeführt, bis in dem Hydraulikdruckraum 29 ein gewünschter Hydraulikdruck herrscht.
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Die Abdeckeinrichtung 25 umfasst eine flexible Abdeckhülse 30, die den Hydraulikdruckraum 29 begrenzt. Der Hydraulikdruckraum 29 hat die Gestalt eines Ringraums, der in den 2, 3 unten und oben mit Hilfe von O-Ringdichtungen 31, 32 gegenüber einer Kavität in dem Werkzeug 20 abgedichtet ist. Die Kavität wird in dem Werkzeug 20 außen von den beiden Werkzeughälften 21, 22 und innen von dem Stempel 24 mit der Abdeckeinrichtung 25 begrenzt.
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Die Kavität dient in dem Werkzeug 20 zur Darstellung eines Stators 35 mit einem Statorblechpaket 36. Der Stator 35 umfasst des Weiteren Wicklungsträger 37 und Wicklungen 38. Zur elektrischen Kontaktierung sind die Wicklungen 38 zum Beispiel mit Blechfahnen 39 bis 41 ausgestattet.
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Die magnetisch wirksamen Teile des Stators 35, also das Statorblech 36, die Wicklungsträger 37 mit den Wicklungen 38 und die Blechfahnen 39 bis 41 werden zur Darstellung des Stators 35 in der Kavität mit einem Kunststoffmaterial 43 umspritzt. Dabei wird in der Kavität des Werkzeugs 20 gleichzeitig ein Deckel 46 ausgebildet, der durch das Kunststoffmaterial 43 einstückig mit dem Stator 35 verbunden ist. Der Deckel 46 entspricht dem Deckel 3 des Gehäuses 2 der fluidischen Maschine 1 in 1.
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In 2 wurde der Hydraulikdruckraum 29 nicht mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Beim Umspritzen wurde das Statorblechpaket 36 vollständig mit dem Kunststoffmaterial 43 umspritzt, und zwar auch in einem radial inneren Bereich 44. Ein radial innerer Bereich 50 des Stators 35 umfasst zusätzlich zu dem radial inneren Bereich 44 des Statorblechpakets 36 Endabschnitte 51, 52. Die Endabschnitte 51, 52 sind, ebenso wie der radial innere Bereich 44 des Statorblechpakets 36, von dem Kunststoffmaterial 43 gebildet.
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In 3 ist dargestellt, was passiert, wenn der Hydraulikdruckraum 29 über den Hydraulikkanal 28 radial innerhalb der Abdeckhülse 30 mit einem ausreichend großen Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Die flexible Abdeckhülse 30 wird durch den Hydraulikdruck in dem Hydraulikdruckraum 29 so verformt und radial nach außen gedrückt, dass die flexible Abdeckhülse 30 mit einem radial äußeren Abdeckabschnitt an einem radial inneren Bereich 53 des Statorblechpakets 36 anliegt. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass Kunststoffmaterial, das zum Beispiel über die Trennebene 23 in die Kavität des Werkzeugs 20 eingespritzt wird, in den radial inneren Bereich 53 des Statorblechpakets 36 gelangt.
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Die Herstellung des Stators 35 mit dem in 3 dargestellten Werkzeug 20 wird zum Beispiel wie folgt ausgeführt. Zunächst wird der Stempel 24 mit dem Stift 26 zum Beispiel in die obere Werkzeughälfte 22 eingeführt. Zur Montage des Statorblechpakets 36 wird die obere Werkzeughälfte 22 mit dem Stempel 24 vorteilhaft umgedreht. Dann kann das Statorblechpaket 36 mit dem Wicklungsträger 37, den Wicklungen 38 und den Blechfahnen 39 bis 41 von oben einfach auf die obere Werkzeughälfte 22 mit dem Stempel 24 gestellt werden. Dann kann das Werkzeug 20 geschlossen werden, indem die beiden Werkzeughälfte 21, 22 in der Trennebene 23 zusammengebracht werden.
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Vor dem Einspritzen wird der Hydraulikdruckraum 29 über den Hydraulikkanal 28 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, um die flexible Abdeckhülse 30, wie in 3 dargestellt, reversibel zu verformen, bis die Abdeckhülse 30 an dem radial inneren Bereich 53 des Statorblechpakets 36 anliegt und so den Spalt zwischen der Abdeckhülse 30 und dem Statorblechpaket 36 für den nachfolgenden Spritzprozess schließt.
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Beim Umspritzen des Statorblechpakets 36 mit dem Kunststoffmaterial 43 wird der Hydraulikdruck in dem Hydraulikdruckraum 29 aufrechterhalten, und zwar bis der Umspritzungsprozess vollständig abgeschlossen ist. Dabei entsteht zwischen dem radial inneren Bereich 53 des Statorblechpakets 36 und den Endabschnitten 51, 52 des radial inneren Bereichs 50 des Stators 35 Hinterschnitt.
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Nach dem Verfestigen des Kunststoffmaterials 43 in der Kavität des Werkzeugs 20 wird der Hydraulikdruck in dem Hydraulikdruckraum 29 über den Hydraulikkanal 28 abgebaut. Die Abdeckhülse 30 verformt sich dabei reversibel zurück. Dann kann der Stempel 24 mit der Abdeckhülse 30 herausgezogen werden.
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Anschließend kann der mit dem Kunststoffmaterial 43 umspritzte Stator 35 entformt werden. Das Kunststoffmaterial 43 bildet vorteilhaft auch das Gehäuse (2 in 1) für die fluidische Maschine. Nur der radial innere Bereich 53 des Statorblechpakets 36 ist von dem Kunststoffmaterial 43 gezielt ausgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Deckel
- 5
- Stator
- 6
- Statorblechpaket
- 7
- Wicklungsträger
- 8
- Wicklungsträger
- 9
- Wicklungskopf
- 10
- Wicklungskopf
- 11
- Wicklungskopf
- 12
- Wicklungskopf
- 13
- Kunststoffmaterial
- 14
- Aufnahmeraum
- 15
- Aufnahmeraum
- 16
- Platine
- 17
- Elektronisches Bauteil
- 18
- Elektrische Anschlusseinrichtung
- 19
- Radial innerer Bereich
- 20
- Werkzeug
- 21
- Untere Werkzeughälfte
- 22
- Obere Werkzeughälfte
- 23
- Trennebene
- 24
- Stempel
- 25
- Abdeckeinrichtung
- 26
- Stift
- 28
- Hydraulikkanal
- 29
- Hydraulikdruckraum
- 30
- Abdeckhülse
- 31
- O-Ringdichtung
- 32
- O-Ringdichtung
- 35
- Stator
- 36
- Statorblechpaket
- 37
- Wicklungsträger
- 38
- Wicklungen
- 39
- Blechfahne
- 40
- Blechfahne
- 41
- Blechfahne
- 43
- Kunststoffmaterial
- 44
- Radial innerer Bereich
- 46
- Deckel
- 50
- Radial innerer Bereich
- 51
- Endabschnitt
- 52
- Endabschnitt
- 53
- Radial innerer Bereich
