-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Statorvorrichtung mit einem Stator.
-
Stand der Technik
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 222 028 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor und einem Luftspalt zum Lagern des Rotors entlang der Drehachse bekannt, wobei der Luftspalt quer zur Drehachse zwischen einer Rotoroberfläche des Rotors und einer Statoroberfläche des Stators angeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 202 375 A1 ist ein Radialverdichter für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 202 940 A1 ist eine Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids mit einem von einer Welle antreibbaren Laufrad und einer mit einer Beschaufelung des Laufrads zumindest abschnittsweise verbundenen Deckelung bekannt, wobei zwischen der Deckelung und einem Abschnitt geringsten Durchmessers der Beschaufelung ein axialer Spalt ausgebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 043 600 A1 ist ein Pumpenrotor für eine Spaltrohrpumpe mit einer Rotormagnete umfassenden Rotoreinheit bekannt, die mit Kunststoff umspritzt und auf eine Rotoraufnahmebuchse aufgesetzt ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Statorvorrichtung mit einem Stator funktionell und/oder im Hinblick auf deren Herstellung zu verbessern.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Herstellen einer Statorvorrichtung mit einem Stator dadurch gelöst, dass der Stator mit einer Vorvergussmasse umgossen wird, bevor der mit der Vorvergussmasse umgossene Stator mit einer Nachvergussmasse umspritzt wird. Der Stator umfasst zum Beispiel ein Statorblechpaket mit Statorwicklungen. Das Statorblechpaket mit den Statorwicklungen soll im Betrieb der Statorvorrichtung nicht mit einem Arbeitsmedium einer mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids in Kontakt kommen. Die Vorvergussmasse, mit welcher der Stator umgossen wird, dient, zumindest teilweise, zur Darstellung einer Art Spaltrohr. Darüber hinaus kann durch den Vorverguss die Position des Stators in einem Gehäuse einer mit der Vorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids bestimmt werden und damit ein definierter Abstand zum Gehäuse eingehalten werden. Darüber hinaus können durch den Vorverguss Kabeldurchführungen zu den Statorwicklungen auf einfache Art und Weise richtig positioniert werden. Dabei werden die vermeintlichen Nachteile eines zweistufigen Gießverfahrens mit einem Vorverguss und einem Nachverguss bewusst in Kauf genommen. Der mit der Vorvergussmasse umgossene Stator kann zum Beispiel einer Sichtprüfung unterzogen werden, um zu erkennen, ob alle Drähte beziehungsweise Wicklungen des Stators mit der Vorvergussmasse umschlossen sind. Dadurch kann die Funktionssicherheit einer mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids erhöht werden. Mit der Nachvergussmasse wird die Statorvorrichtung, vorteilhaft in einem Gehäuse der mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids oder in einem entsprechenden Werkzeug fertig vergossen. In dem zweistufigen Gießverfahren wird der fertige Vorverguss nach dem Aushärten der Vorvergussmasse vorteilhaft mit der Nachvergussmasse umspritzt. Ein Umgießen oder das Umspritzen des mit der Vorvergussmasse umgossenen Stators kann auch in einer Nachvergussform erfolgen. Der Stator wirkt vorteilhaft mit einem Rotor zusammen und dient zur Darstellung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, einer mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Expandieren eines Fluids.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nachvergussmasse aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet ist. Hohe thermische Leitfähigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Nachvergussmasse in dem zweistufigen Gießverfahren genutzt wird, um die Statorvorrichtung thermisch optimal an das Gehäuse der mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids anzubinden. Die Einzelteile, also die Statorwicklungen, die Vorvergussmasse, die Nachvergussmasse und Gehäusebauteile des Gehäuses der Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids, können unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen. Durch das beanspruchte zweistufige Verfahren können an sich unerwünschte Relativbewegungen zwischen den Einzelteilen mit den unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten wirksam ausgeglichen werden. Bei dem Material, aus dem die Nachvergussmasse gebildet ist, handelt es sich zum Beispiel um ein Silikon, insbesondere um ein gefülltes Silikon.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorvergussmasse aus einem Material mit einem hohen elektrischen Widerstand gebildet ist. Hoher elektrischer Widerstand bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Material, aus dem die Nachvergussmasse gebildet ist, im Betrieb der Statorvorrichtung einen unerwünschten Kurzschluss oder elektrischen Überschlag verhindert. Zu diesem Zweck ist die Vorvergussmasse zum Beispiel aus einem speziellen Epoxidharz, insbesondere einem gefüllten Expoxidharz, gebildet. Die Schichtdicke einer Schicht, mit welcher die Vorvergussmasse den Stator umgibt, ist vorteilhaft relativ dünn. Relativ dünn bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schichtdicke der Vorvergussmasse im Millimeterbereich liegt. Die Schichtdicke der Vorvergussmasse beträgt zum Beispiel ein Millimeter plus/minus einer Toleranz.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator in einer Vorvergussform mit der Vorvergussmasse umgossen wird. Der Stator wird in der Vorvergussform vorteilhaft vollständig mit der Vorvergussmasse umgossen. Durch die Vorvergussform kann eine unerwünschte Haftung des Vorvergusses am Werkzeug minimiert werden. Die Vorvergussform weist maßlich vorteilhaft ein Untermaß zum späteren Gehäuse der Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids auf. Durch das Untermaß kann vorteilhaft ein Spalt dargestellt werden, der in der zweiten Verfahrensstufe mit der Nachvergussmasse ausgefüllt wird. Die Vorvergussform kann zum Beispiel aus Polyoxymethylen POM hergestellt werden, um eine Haftung der Vorvergussmasse an der Vorvergussform zu minimieren.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Vorvergussmasse umgossene Stator in einem Temperierkörper mit der Nachvergussmasse umspritzt wird. Bei dem Temperierkörper handelt es sich zum Beispiel um ein Temperiergehäuse, insbesondere um ein Kühlgehäuse, der mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spalt zwischen dem mit der Vorvergussmasse umgossenen Stator und dem Temperierkörper vollständig mit der Nachvergussmasse ausgefüllt wird. Dabei werden vorteilhaft mehrere Spalte, insbesondere sämtliche Spalte, zwischen dem mit der Vorvergussmasse umgossenen Stator und dem Temperierkörper vollständig mit der Nachvergussmasse ausgefüllt. Die Nachvergussmasse kann auch in eine entsprechende Nachvergussform eingespritzt werden, in welcher der mit der Vorvergussmasse umgossene Stator unter Ausbildung mindestens eines Spalts angeordnet ist. Der fertige Verguss kann dann in einen Kühlkörper beziehungsweise in ein Gehäuse der mit der Statorvorrichtung ausgestatteten Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids eingesetzt werden.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Statorvorrichtung mit einem Stator, der mit einer Vorvergussmasse umgossen und mit einer Nachvergussmasse umspritzt ist, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren. Die Statorvorrichtung mit dem umgossenen Stator ist separat handelbar.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Statorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator in einem Temperiergehäuse angeordnet ist. Der mit der Vorvergussmasse und der Nachvergussmasse umgossene Stator kann nach dem zweistufigen Gießprozess in das Temperiergehäuse eingesetzt werden. Der mit der Vorvergussmasse umgossene Stator kann aber auch bereits in dem Temperiergehäuse mit der Nachvergussmasse umgossen beziehungsweise umspritzt werden.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorvergussform zum Herstellen einer Statorvorrichtung mit einem Stator gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren. Die Vorvergussform ist separat handelbar.
-
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Nachvergussform zum Herstellen einer derartigen Statorvorrichtung.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Stator und/oder ein Temperiergehäuse für eine vorab beschriebene Statorvorrichtung. Der Stator und das Temperiergehäuse sind separat handelbar.
-
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids mit einer derartigen Statorvorrichtung. Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Turbine, die in einem thermodynamischen Kreisprozess, insbesondere beim Betreiben einer Brennkraftmaschine, genutzt wird, um aus Abgasrestwärme Energie zurückzugewinnen. Ein derartiges System zur Rückgewinnung von Energie aus Abgasrestwärme wird auch als WHR-System bezeichnet, wobei die Großbuchstaben WHR für die englischen Begriffe Waste Heat Recovery stehen. 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.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 eine halbgeschnittene Explosionsdarstellung einer Statorvorrichtung mit einem Kühlkörper, einem Deckel und einem Stator, der mit einer Vorvergussmasse umgossen ist;
- 2 den mit der Vorvergussmasse umgossenen Stator in dem Kühlkörper;
- 3 den mit der Vorvergussmasse und einer Nachvergussmasse umgossenen Stator in dem Kühlkörper, der durch den Deckel geschlossen ist;
- 4 eine vergrößerte Einzelheit IV aus 3; und
- 5 eine vereinfachte Darstellung eines Ablaufplans zur Veranschaulichung des beanspruchten Verfahrens.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist eine Statorvorrichtung 1 mit einem Stator 2 zusammen mit einem Temperierkörper 5 und einem Deckel 6 perspektivisch und halbgeschnitten in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Der Stator 2 umfasst ein Statoreisen 3 mit einem Statorblechpaket und Statorwicklungen 4.
-
Der Temperierkörper 5 ist zum Beispiel als Kühlkörper ausgeführt und umfasst eine zentrale Ausnehmung radial innen und Kühlrippen radial außen. In der Explosionsdarstellung ist der Stator 2 in einer axialen Richtung zwischen dem Temperierkörper oder Kühlkörper 5 und dem Deckel 6 angeordnet.
-
Durch eine gestrichelte Linie ist in 1 eine Vorvergussmasse 8 angedeutet. Der Stator 2 wird in einem zweistufigen Gießverfahren zunächst mit der Vorvergussmasse 8 umgossen, das heißt vorvergossen.
-
Bei der Vorvergussmasse 8 handelt es sich zum Beispiel um ein gefülltes Epoxidharz mit einem hohen elektrischen Widerstand.
-
Durch ein Rechteck 10 ist in 1 eine Vorvergussform angedeutet, die zum Beispiel zwei Formhälften 11 und 12 umfasst. Die Vorvergussform 10 ist zum Beispiel aus Polyoxymethylen POM gebildet. Dadurch wird eine unerwünschte Haftung des Vorvergusses in der Vorvergussform 10 minimiert. Die Vorvergussform 10 weist maßlich ein Untermaß zu einem späteren Gehäuse für die Statorvorrichtung auf.
-
Durch das Untermaß wird zwischen dem mit der Vorvergussmasse 8 umgossenen Stator 2 mit dem späteren Gehäuse ein Spalt geschaffen, der in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer Nachvergussmasse umgossen oder umspritzt wird. Die Nachvergussmasse ist aus einem Material gebildet, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
-
Das Nachvergießen des mit der Vorvergussmasse 8 umgossenen Stators 2 mit der Nachvergussmasse kann in einem Nachvergusswerkzeug (nicht dargestellt) erfolgen. Das Nachvergießen kann aber auch in dem Kühlkörper oder Temperierkörper 5 erfolgen.
-
In 2 ist eine Montageeinheit 20 dargestellt. Die Montageeinheit 20 umfasst den mit der Vorvergussmasse 8 umgossenen Stator 2 und den Kühlkörper 5, in den der Stator 2 mit der Vorvergussmasse 8 eingesetzt ist.
-
In 3 ist ein Temperiergehäuse oder Kühlgehäuse 30 perspektivisch im Schnitt dargestellt. Das Temperiergehäuse 30 ist durch den Deckel 6 geschlossen.
-
In einer in 4 vergrößert dargestellten Einzelheit IV aus 3 sieht man, dass zwischen dem mit der Vorvergussmasse 8 umgossenen Stator 2 und dem Kühlkörper oder Temperierkörper 5 ein Spalt 40 vorgesehen ist.
-
Der Spalt 40 ergibt sich aus dem vorab beschriebenen Übermaß der Vorvergussform (10 in 1) zum späteren Gehäuse einer mit der Statorvorrichtung 1 ausgestatteten Vorrichtung zum Expandieren oder Komprimieren eines Fluids. Der Spalt 40 wird beim Nachvergießen im zweiten Verfahrensschritt mit einer Nachvergussmasse 41 ausgefüllt, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
-
In 5 ist durch Rechtecke 51 bis 54 und dazwischen angeordnete Pfeile stark vereinfacht dargestellt, wie das zweistufige Verfahren zum Herstellen der Statorvorrichtung 1 ablaufen kann. In einem ersten Verfahrensschritt 51 wird der Stator 2 in der Vorvergussform 10 zunächst mit der Vorvergussmasse 8 umgossen.
-
Beim Vorvergießen wird eine dünnwandige Schicht mit einer Schichtdicke von zum Beispiel einem Millimeter gebildet, die den Stator 2 vorzugsweise vollständig umgibt. In einem zweiten Verfahrensschritt 52 wird der mit der Vorvergussmasse 8 vorvergossene Stator 2 aus der Vorvergussform 10 entfernt.
-
Der mit der Vorvergussmasse 8 umgossene Stator 2 kann dann in einem dritten Verfahrensschritt 53 in den Kühlkörper 5 oder in eine entsprechende Nachvergussform (nicht dargestellt) eingesetzt werden. In einem Verfahrensschritt 54 wird dann der Spalt 40 zwischen dem mit der Vorvergussmasse 8 umgossenen Stator 2 und der Nachvergussform beziehungsweise dem Kühlkörper 5 mit der Nachvergussmasse 41 ausgefüllt.
-
Die Nachvergussmasse 41 hat eine hohe thermische Leitfähigkeit, um eine optimale thermische Anbindung des Stators 2 an ein späteres Gehäuse der Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids sicherzustellen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013222028 A1 [0002]
- DE 102015202375 A1 [0002]
- DE 102016202940 A1 [0002]
- DE 102007043600 A1 [0002]
