DE102019113290A1

DE102019113290A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines Blechpakets, beispielsweise eines Statorpakets oder eines Rotorpakets, für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102019113290A1
Application number: DE102019113290.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lewe; Karsten Machalitza; Volker Kamen; Marco Tietz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-11-26
Also published as: EP3895292A1; WO2020233840A1; JP7520047B2; US11811278B2; CN113748590B; US20240039377A1; JP2022533046A; CN113748590A; US20220239203A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente. Insbesondere kann die herzustellende elektromagnetische Komponente ein Blechpaket, beispielsweise ein Statorpaket oder ein Rotorpaket sein und zur Nutzung mit einer elektrischen Maschine wie beispielsweise einem Elektromotor vorgesehen sein.Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:A) Bereitstellen eines Blechs als Ausgangsmaterial;B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech;C) Wärmebehandlung der Lamellen;D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu der Komponente oder zu einem Abschnitt der Komponente. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines Blechpakets, das beispielsweise als Statorpaket oder als Rotorpaket ausgebildet ist, für eine elektrische Maschine wie beispielsweise einen Elektromotor oder einen Generator.
Die Funktionsweise von elektrischen Maschinen, beispielsweise von Elektromotoren, ist seit langem bekannt. Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der zunehmenden Verwendung von Elektromotoren im individualisierten Personenkraftverkehr, oft auch unter dem Schlagwort der Elektromobilität angesprochen, gewinnt der Elektromotor weiter an Bedeutung. Wesentliche Bestandteile jedes Elektromotors sind ein Stator und ein Rotor, wobei der Begriff des Stators einen feststehenden Teil des Motors bezeichnet und der Begriff des Rotors einen sich bewegenden Teil des Motors bezeichnet.
Eine Herausforderung bei Bereitstellung von Elektromotoren ist, die Effizienz des Elektromotors, beispielsweise die bereitgestellte Leistung pro Volumen und/oder den Wirkungsgrad, im Rahmen eines wirtschaftlich sinnvollen Aufwands zu erhöhen.
Ein Konzept zur Bereitstellung von effizienten Elektromotoren ist die Herstellung von Statoren und/oder Rotoren oder von Teilen der Statoren und/oder Rotoren als sogenanntes Statorpaket beziehungsweise Rotorpaket. Hierbei werden die genannten Bauteile als Blechpakete, auch als Lamellenpakete bezeichnet, aus einzelnen sogenannten Lamellen zusammengesetzt. Der Begriff der Lamelle bezeichnet ein Formteil, welches aus einem Elektroblech oder einem Elektroband ausgenommen wurde. Eine gängige Methode hierfür ist das Ausstanzen der Lamelle. Die Lamellenpakete werden sodann aus einer Vielzahl von dünnen Lamellen zusammengesetzt, indem die Lamellen miteinander gestapelt und gegeneinander, bereichsweise oder bevorzugt vollständig, voneinander elektrisch isoliert sind.
Die Herstellung einer derartigen Komponente, insbesondere eines derartigen Blechpakets, umfasst stets die Schritte der Herstellung von Lamellen sowie der Verbindung der Lamellen miteinander. Die Verbindung wird dabei bevorzugt in einer Weise vorgenommen, dass die Lamellen nach dem Verbinden abschnittsweise, bevorzugt vollständig, elektrisch voneinander isoliert sind, das heißt bevorzugt: dass zwei benachbarte Lamellen keine galvanische Verbindung zueinander haben.
Die Herstellung der einzelnen Lamellen erfolgt typischerweise mittels Stanzens. Das Verbinden der gestanzten Lamellen zu einem Blechpaket kann durch eine Vielzahl bekannter Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Verschrauben, durch Anlegen von Klammern, durch Verschweißen oder durch Stanzpaketieren. Jedes dieser genannten, dem Fachmann geläufigen, Herstellverfahren geht jedoch aufgrund der während der Verbindungsherstellung erzeugten mechanischen Einwirkung mit nachteiligem Einfluss auf die nach dem Verbinden vorherrschenden elektromagnetischen Eigenschaften des fertiggestellten Blechpakets einher. Insbesondere können mechanische Spannungen, die bei einer mechanischen Verbindung zwangsläufig zumindest in gewissem Maße unvermeidlich sind, sich nachteilig auf die magnetischen Eigenschaften und den Verlauf von Magnetfeldlinien innerhalb des Blechpakets auswirken, woraus sich unmittelbar ein nachteiliger Einfluss auf die Effizienz des das Blechpaket aufweisenden Elektromotors ergibt. Eine beim Stanzpaketieren in der Regel auftretende elektrische Verbindung zwischen zwei und mehr Lamellen führt zu zusätzlichen Verlusten.
Eine elegante Möglichkeit, den nachteiligen Einfluss mechanischer Einwirkung auf die Lamellen zu verringern und gleichzeitig eine gute Isolation der Lamellen zueinander zu erreichen, ist der Einsatz von Klebstoffen als Verbindungsmittel. Diese Klebstoffsysteme weisen auch isolierende Eigenschaften analog zu Elektroisolierlacken auf.
Eine dem Fachmann bekannte Vorgehensweise hierfür ist der Einsatz sogenannter Backlacke. Der Einsatz von Backlacken zum Verkleben von gestanzten Elektroblechen wird beispielsweise in der DE 38 29 068 C1 beschrieben. Eine Vorgehensweise zum Einsatz von Backlack ist das Beschichten eines Blechs, insbesondere eines Blechbands, das nachfolgende Herausstanzen einzelner Lamellen aus dem Blech, das zueinander ausgerichtete Positionieren der einzelnen Lamellen zueinander und das nachfolgende Wärmebehandeln des sich ergebenden Blechstapels während eines definierten Zeitraums und bei einer definierten Temperatur. In vielen Fällen werden die Lamellen während der Wärmebehandlung gegeneinander gepresst, zum Beispiel durch eine stirnseitige Kraftbeaufschlagung, bevorzugt mit gleichmäßiger Flächenkraft, in eine axiale Richtung des Blechpakets, die in das Blechpaketinnere hineinweist. Typische Reaktionstemperaturen sind 150 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius, eine typische Zeitdauer für ein Reagieren der Backlacke sind 30 bis 150 Minuten mit einer anschließenden Abkühlphase, wobei die genauen Parameter selbstverständlich von dem konkret verwendeten Backlack und der Geometrie des Bauteils und der Verklebeeinrichtung abhängt. Mit dieser Vorgehensweise können im Allgemeinen hervorragende elektromagnetische Eigenschaften von Statorpaketen und/oder Rotorpaketen erreicht werden.
Vor dem Hintergrund des Wunschs nach weiter erhöhter Effizienz ist Aufgabe der Erfindung, elektromagnetische Komponenten und elektrische Maschinen mit verbesserter Umsetzung der elektromagnetischen Energie in mechanische Energie bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie seinen Weiterbildungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

A) Bereitstellen eines Blechs, insbesondere eines nicht mit einem Klebstoff beschichteten Blechs, als Ausgangsmaterial,
B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech,
C) Wärmebehandlung der Lamellen,
D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu dem Blechpaket oder zu einem Abschnitt des Blechpakets.

Die genannten Schritte können beispielsweise in einem sogenannten Inline-Verfahren realisiert sein, aber auch eine Realisierung in sequentiell durchgeführten Stationen ist möglich.
Der Begriff des Blechs bezeichnet allgemein ein Walzwerkerzeugnis aus einem metallischen Material, und kann neben einem Feinblech oder einem Grobblech insbesondere auch ein Metallband beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, ein Stahlband oder ein Elektroband bezeichnen.
Aus dem Blech werden Lamellen gestanzt. Das Ausstanzen des Schritts B) erfolgt bevorzugt mit einem Stanzwerkzeug. Bei einem solchen handelt es sich um ein Werkzeug, mit welchem eine, bevorzugt auch gleichzeitig mehr als eine wie beispielsweise vier, Lamellen aus dem Blech ausgestanzt werden. Das Stanzen der Lamellen mit dem Stanzwerkzeug erfolgt bevorzugt derart, dass eine Anzahl von Verbindungsstegen, beispielsweise von drei Verbindungsstegen, zwischen der jeweils ausgestanzten Lamelle und dem ursprünglich zu dem Stanzwerkzeug transportieren Blech bestehen bleibt, sodass die ausgestanzte Lamelle noch einstückiger Bestandteil des Blechs ist. Dies dient, einen weiteren Transport der Lamellen gemeinsam mit dem Blech, insbesondere dem Blechband, durch eine Inline-Anlage zu ermöglichen.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mit dem Stanzen sofort eine Trennung der Lamellen aus dem Blech erfolgt.
Der wesentliche erfinderische Gedanke ist, dass nach dem Ausstanzen der Lamellen und vor dem Fügen der Lamellen eine Wärmebehandlung der Lamellen vorgesehen ist. Als Wärmebehandlung ist insbesondere das Erwärmen einer Lamelle auf eine vorgegebene Temperatur oder in einen vorgegebenen Temperaturkorridor, das Halten dieser Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum und das, bevorzugt langsame, Abkühlen der Lamelle in einem Ofen gemeint sein.
Die Wärmebehandlung kann in einer Ofenstrecke als Bestandteil des Inlineverfahrens oder alternativ in einem Zwischenschritt durchgeführt werden, der in einem geschlossenen Ofen stattfindet.
Es hat sich herausgestellt, dass die in einer elektrischen Maschine auftretenden Verluste signifikant verringert werden konnten, wenn ein Stator und/oder Rotor aus einem erfindungsgemäß hergestellten Blechpaket verwendet wurden, bei deren Herstellung also nach dem Stanzen der Lamellen und vor dem Fügen der Lamellen eine Wärmebehandlung der Lamellen durchgeführt wurde. Die Erfinder führen dies darauf zurück, dass durch das Stanzen Eigenspannungen und plastische Verformungen in die Lamellen eingebracht werden, die sich nachteilig auf den Verlauf von Magnetfeldlinien in dem fertiggestellten Blechpaket auswirken. Besonders in Ausführungen, in denen eine der weiter unten genannten Werkstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden und einer der bevorzugten weiter unten genannten Klebstoffe verwendet wird, werden herausragende synergistische Effekte erhalten, die die Herstellung hervorragender elektromagnetischer Komponenten begünstigen, da eine hohe Reaktivität und Lagerstabilität des Klebstoffs mit sehr guten magnetischen Materialeigenschaften einhergehen.
In einer ersten alternativen Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte:

D1) Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung,
D2) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung, wobei danach die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen position- und/oder winkelausgerichtet übereinanderpositioniert werden und stirnseitig mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft beaufschlagt werden.

Das Aufbringen des Klebstoffs kann insbesondere als vollständiges oder im Wesentlichen vollständiges Aufbringen des Klebstoffs auf die Oberfläche der Lamelle ausgeführt werden. Im Sinne dieser Weiterbildung bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“, dass mindestens 50 Prozent, 55 Prozent, 60 Prozent, 65 Prozent, 70 Prozent, 72 Prozent, 74 Prozent, 76 Prozent, 78 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, 82 Prozent, 84 Prozent, 86 Prozent, 88 Prozent, besonders bevorzugt 90 Prozent, 91 Prozent, 92 Prozent, 93 Prozent, 94 Prozent, 95 Prozent, insbesondere 96, 97, 98, 99 oder 100 Prozent der Fläche mindestens einer Seite der Lamelle mit Klebstoff bedeckt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der auf der Lamelle aufgebrachte Klebstoff in einem Trocknungsbereich, beispielsweise als separate Trocknungseinheit oder als Trocknungsabschnitt einer Inline-Anlage ausgebildet, thermisch behandelt wird zum Trocknen des Klebstoffs.
Diese Variante des Verfahrens wird bevorzugt in einem sogenannten Inline-Prozess in einer Inline-Anlage durchgeführt. Aber auch sequentiell durchgeführte Varianten sind möglich, soweit der wesentliche Aspekt berücksichtigt wird, dass das Fügen nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Der Begriff der Inline-Anlage bezieht sich darauf, dass eine Anzahl von Bearbeitungsstationen, nämlich wenigstens die oben genannten, in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und in die Inline-Anlage hineingeführtes Blech, beispielsweise Elektroband, automatisiert an den vorgegebenen Stationen bearbeitet werden.
Das Aktivieren wird bevorzugt herbeigeführt mittels Beleuchtens der Klebstoffbeschichtung mit Infrarotstrahlung mittels eines Mittels zur Ausgabe von Infrarotstrahlung.
Die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung können insbesondere als NIR-Emitter ausgebildet sein, also als Leuchtmittel, die zur Ausgabe von elektromagnetischer Strahlung im NIR-Wellenlängenspektrum, also mit Wellenlängen zwischen 780 nm bis 3 µm ausgebildet ist.
Das Beleuchten der Formteile erfolgt in einer bevorzugten Verfahrensführung in einem NIR-Wellenlängenbereich, wobei bevorzugt eine Wellenlänge zwischen 0,8 Mikrometern und 1,2 Mikrometern verwendet wird und besonders bevorzugt ein Maximum der Leuchtleistung bei NIR-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,85 Mikrometern und 0,9 Mikrometern erreicht wird.
Wenn das Verfahren in einer Inline-Anlage realisiert wird, weist die Inline-Anlage bevorzugt einen Auspressstempel auf. Dieser Auspressstempel ist ein Stempel, welcher durch zur Blechoberfläche senkrechte Kraftauswirkung die noch mit einem Steg oder mehreren Stegen mit dem Blech, insbesondere Blechband, verbundenen Lamellen nach dem Aktivieren des Klebstoffs sequentiell durch Trennen des Stegs beziehungsweise der Stege von dem Blech trennt.
Innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Aktivieren müssen die Lamellen zusammengeführt werden und danach muss das Trocknen und Erstarren des Klebstoffs abgewartet werden.
Bei Verwendung von geeigneten Klebstoffzusammensetzungen weist das Blech eine Oberfläche mit einer kurzen Aktivierungszeit von beispielsweise 0,5 bis 1 Sekunde und eine kurze Aushärtungszeit von nur wenigen Sekunden auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung (in Reihenfolge der Bearbeitung ausgedrückt) hinter dem Stanzwerkzeug angeordnet sind, bevorzugt zwischen dem Stanzwerkzeug und einem Auspressstempel angeordnet sind, und aufweisen:

- mindestens ein oberes Leuchtmittel, das in eine Stanzrichtung auf eine erste Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- mindestens ein unteres Leuchtmittel, das gegen eine Stanzrichtung auf eine jenseits des Stanzwerkzeugs vorhandene zweite Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- sowohl mindestens ein oberes als auch mindestens ein unteres Leuchtmittel.

Die Ausrichtung des Leuchtmittels auf die Lamellenoberfläche muss nicht zwingend rechtwinklig erfolgen, sondern kann auch in einem anderen Winkel, vorgenommen sein.
Ob die erste und/oder die zweite Lamellenoberfläche mit dem Leuchtmittels ausgeleuchtet wird, hängt selbstverständlich davon ab, ob einseitig oder beidseitig beschichtete Lamellen verwendet werden. In dem ersten Fall und in dem zweiten Fall können Lamellen mit einer einseitigen Klebstoffbeschichtung verwendet werden, insbesondere in dem dritten Fall können Lamellen mit einer beidseitigen Klebstoffbeschichtung verwendet werden mit dem Vorteil, dass aufeinander angeordnete Lamellen sehr gut aneinander haften.
In einer zweiten alternativen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Fügen der Lamellen auf andere Weise, nämlich für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell mit den folgenden Schritten:

D1) Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung, optionale nachfolgende thermische Behandlung zum Trocknen der Klebstoffbeschichtung,
D2) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) position- und/oder winkelausgerichtetes Übereinanderpositionieren der Lamellen,
D4) stirnseitiges Beaufschlagen der übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft,
D5) Erwärmen der übereinanderpositionierten und zumindest zeitweise mit der Druckkraft beaufschlagten Lamellen für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur zum Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung.

Gegebenenfalls kann nach Schritt D1) und vor oder nach Schritt D2) ein thermisches Trocknen der Klebstoffbeschichtung in einer Trocknungsstation erfolgen.
Die zweite alternative Weiterbildung des Verfahrens unterscheidet sich von der ersten alternativen Weiterbildung insbesondere dadurch, dass der aufgebrachte Klebstoff nicht mittels einer thermischen Aktivierung, beispielsweise mit einer Infrarotstrahlung, der einzelnen Lamelle vor dem Zusammenbringen der einzelnen Lamellen erfolgt, sondern dass stattdessen das thermische Aktivieren nach dem Zusammenbringen der Lamellen erfolgt, nämlich durch Erwärmen in einem Ofen.
Das Aufbringen des thermisch aktivierbaren Klebers erfolgt bei beiden der alternativen Weiterbildungen bevorzugt, indem der Klebstoff als wässrige Dispersion bereitgestellt wird, die auf die Lamellen aufgebracht wird. Das Aufbringen erfolgt bevorzugt mittels Aufsprühens, aber auch ein Applizieren mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren, insbesondere mit einander gegenläufigen Rollen, ist möglich.
Das Aufbringen des Klebstoffs kann insbesondere als vollständiges oder im Wesentlichen vollständiges Aufbringen des Klebstoffs auf die Oberfläche der Lamelle ausgeführt werden. Im Sinne dieser Weiterbildung bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“, dass mindestens 50 Prozent, 55 Prozent, 60 Prozent, 65 Prozent, 70 Prozent, 72 Prozent, 74 Prozent, 76 Prozent, 78 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, 82 Prozent, 84 Prozent, 86 Prozent, 88 Prozent, besonders bevorzugt 90 Prozent, 91 Prozent, 92 Prozent, 93 Prozent, 94 Prozent, 95 Prozent, insbesondere 96, 97, 98, 99 oder 100 Prozent der Fläche mindestens einer Seite der Lamelle mit Klebstoff bedeckt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der auf der Lamelle aufgebrachte Klebstoff in einem Trocknungsbereich, beispielsweise als separate Trocknungseinheit oder als Trocknungsabschnitt einer Inline-Anlage ausgebildet, thermisch behandelt wird zum Trocknen des Klebstoffs.
Es handelt sich um eine Vorgehensweise, welche dem bekannten Backlackverfahren ähnlich ist und sich in der Vorgehensweise zur Aktivierung des Klebstoffs von der ersten Alternative unterscheidet.
Der vorgegebene Zeitraum in Schritt D5 beträgt bevorzugt zwischen 5 min und 60 min, besonders bevorzugt zwischen 10 und 40 min.
Als vorgegebene Temperatur ist in Schritt D5 eine Temperatur zwischen 100 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 150 °C vorgesehen.
Bei beiden der oben erläuterten alternativen Weiterbildungen wird eine elektrische Komponente, ein Statorpaket oder ein Teil eines Statorpakets hergestellt, indem Lamellen miteinander verklebt werden, die nach dem Ausstanzen und vor dem Verkleben einer Wärmebehandlung unterzogen worden sind. Es wird dadurch die bereits eingangs erläuterte Verbesserung des magnetischen Verhaltens der einzelnen Lamellen infolge der Wärmebehandlung, gemäß Untersuchungen der Erfinder aufgrund eines Spannungsabbaus und/oder Rekristallisierung beziehungsweise Kornvergrößerung insbesondere in Kantenbereichen der Lamellen, kombiniert mit einem Verfahren zum Fügen der Lamellen, das ohne bleibende Formveränderung, elektrische Verbindung der Lamellen untereinander oder Druckausübung auf eine oder mehrere Lamellen der elektrischen Komponente oder des Statorpakets ausbleibt. Das Ergebnis ist die Bereitstellung von elektrischen Komponenten, insbesondere Statorpaketen oder Blechpaketen, die hervorragend zur Nutzung in elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren mit hoher Effizienz, insbesondere mit hohem Wirkungsgrad geeignet sind.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird mindestens eine elektromagnetische Komponente nach einem der vorher beschriebenen Verfahren hergestellt und mindestens eine elektromagnetische Komponente über ein konventionelles Verfahren hergestellt. Dies ermöglicht elektrische Maschinen in der Art herzustellen, dass die Eigenschaften der elektromagnetischen Komponenten bedarfsgerecht eingestellt werden. Beispielsweise wird für einen schnelldrehenden, hocheffizienten Elektromotor der Rotor stanzpaketiert und weist daher mindestens die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials auf und hat damit eine hier relevante hoher (Betriebs)Festigkeit gegenüber plastischer Verformung oder Bersten. Der Stator dagegen wird mittels oben beschrieben Verfahren geglüht und verklebt und weist daher hier relevante geringste Verluste auf.
Mit anderen Worten: Es kann vorgesehen sein, eine elektrische Maschine bereitzustellen, aufweisend eine erste elektromagnetische Komponente, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Weiterbildungen, sowie eine zweite elektromagnetische Komponente, hergestellte mit einem konventionellen Verfahren, das heißt insbesondere: hergestellt aus Lamellen, die aus einem Blech ausgestanzt wurden und gefügt, insbesondere geklebt, beispielsweise mittels Backlack-Klebens, werden, ohne dass nach dem Ausstanzen und vor dem Fügen eine Wärmebehandlung der Lamellen analog zu Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen vorgenommen wird. Das bedeutet, dass die erste elektromagnetische Komponente im Schritt C) wärmebehandelte Lamellen und die zweite elektromagnetische Komponente nach dem Ausstanzen nicht wärmebehandelte Lamellen aufweist. Insbesondere kann es sich bei der ersten elektromagnetischen Komponente um den Stator der elektrischen Maschine handeln und bei der zweiten elektromagnetischen Komponente um den Rotor der elektrischen Maschine handeln. Eine derartige Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der Stator die erfindungsgemäß erreichbaren hervorragenden elektromagnetischen Eigenschaften aufweist, bei dem Rotor hingegen aufgrund Verzicht auf ein Glühen eine Herabsetzung der bei dem Rotor als rotierendes Bauteil wichtigen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, vermieden wird.
Die nachfolgend genannten Sachverhalte sind sowohl für die erste alternative Weiterbildung, die zweite alternative Weiterbildung als auch für all ihre Varianten und Weiterbildungen zutreffend.
Das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung in Schritt D2 wird bevorzugt durchgeführt, wobei eine optische Inspektionsmethode verwendet wird. Insbesondere kann das Verfahren derart automatisiert sein, dass eine Lamelle nur dann bei dem Fügen verwendet wird, wenn die optische Inspektionsmethode eine ausreichend gleichmäßige Dickenverteilung der Klebstoffbeschichtung erkennt, und ansonsten die Lamelle als Ausschuss aus dem Verfahren entfernt wird.
Als optische Inspektionsmethode wird besonders bevorzugt die Erfassung einer Wärmeabbildung der Klebstoffbeschichtung, bevorzugt der noch nicht trockenen Klebstoffbeschichtung, mittels einer Wärmebildkamera durchgeführt. So können nur unzureichend mit Klebstoff beschichtete Proben sicher erkannt werden und eine ausreichende mechanische Stabilität der Blechpakete gewährleistet werden. Wann eine Probe als unzureichend beschichtet anzusehen ist, liegt im Ermessen des mit der Durchführung der Erfindung beauftragten Fachmanns und ist für die prinzipielle Funktionsweise der beschriebenen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens unerheblich.
Zum position- und/oder winkelausgerichteten Übereinanderpositionieren der Lamellen werden die Lamellen bevorzugt in eine Aufnahmevorrichtung eingeführt, in welcher sich ein Positionierbereich befindet. Der Positionierbereich dient dem position- und/oder winkelausgerichteten Positionieren der jeweils in den Positionierbereich eingeführten Lamelle gegenüber den bereits dort vorhandenen Lamellen, sodass schließlich ein Stapel einander ausgerichteter und mit aktiviertem Klebstoff versehener Lamellen erhalten wird.
Der Positionierbereich kann beispielsweise ein zylindrisches Rohr sein, welches beispielsweise als zylindrisches Hohlrohr mit einem Mantelquerschnitt ausgebildet ist, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Formteile entspricht und mit diesem in vorgesehener Positionierung ausgerichtet ist. Zur Ausübung der erforderlichen Druckkraft ist ein Druckstempel vorgesehen, der den Lamellenstapel stirnseitig mit einer axialen Kraft beaufschlagt.
Das Beaufschlagen der übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft bezeichnet das beaufschlagen mit einer Druckkraft, die in eine senkrecht zur Lamellenoberfläche gerichtete Richtung zur Komprimierung der einzelnen Lamellen gegeneinander auf eine Stirnseite des Pakets der gefügten Lamellen ausgeübt wird, bevorzugt mit gleichmäßiger Flächenpressung.
Bevorzugt ist das Blech eine Platine aus einem Elektroband oder ein Elektroband, wobei das Blech besonders bevorzugt aus einem nicht kornorientierten Elektroband besteht.
Bevorzugt ist die Verwendung eines Werkstoffs, der neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen folgende Elemente enthält (alle Angaben in in Gew.-%):

0,1 bis 3,50 Si,
0,01 bis 1,60 Al,
0,07 bis 0,65 Mn,
optional bis zu 0,25 P.

Es versteht sich bei der Angabe von metallischen Legierungen im Rahmen dieser Anmeldung, dass die Gew-%-Angaben aller Bestandteile inklusive unvermeidbarer Verunreinigungen sich zu 100 Gew.-% addieren.
Bevorzugt der Werkstoff ein nichtkornorientierter Stahl, der neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen folgende Elemente enthält (alle Angaben in in Gew.-%):

0,1 bis 3,50 Si,
0,01 bis 1,60 Al,
0,07 bis 0,65 Mn,
optional bis zu 0,25 P.

Besonders bevorzugt werden neben einer der vorgenannten außerdem die nachfolgenden Bedingungen eingehalten (alle Angaben in Gew.- %):

2,3 bis 3,40 Si,
0,3 bis 1,1 Al,
0,07 bis 0,250 Mn,
optional bis zu 0,030 P, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Bevorzugt weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 0,7 bis 7 W/kg und bei P1,5; 50 Hz im Bereich von 1,8 bis 15 W/kg auf und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,71 T und bei J5000 im Bereich von 1,6 T bis 1,8 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2.
In einer bevorzugteren Ausführungsform weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 0,8 bis 3,5 W/kg und bei P1,5; 50 Hz im Bereich von 1,9 bis 8,0 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,47 bis 1,71 T und bei J5000 im Bereich von 1,58 bis 1,80 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 1,0 bis 1,5 W/kg und bei P1,5; 50 Hz im Bereich von 2,2 bis 3,3 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,47 bis 1,57 T und bei J5000 im Bereich von 1,58 bis 1,65 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
Vorzugsweise weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 8 bis 120 W/kg; bei P1,5; 400 Hz von 18 bis 360 W/kg; und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,75 T und bei J5000 im Bereich von 1,45 T bis 1,85 T und bei J10.000 im Bereich von 1,50 und 1,95 T ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2 auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Werkstoff spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 10 bis 25 W/kg; bei P1,5; 400 Hz von 25 bis 49 W/kg; und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,75 T und bei J5000 im Bereich von 1,45 T bis 1,85 T und bei J10.000 im Bereich von 1,50 und 1,95 T ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2 auf.
Vorzugsweise weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech eine Streckgrenze in Längsrichtung bei Standardnormalbedingungen von 190 bis 610 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 310 bis 740 MPa und eine Mindestbruchdehnung A80 von 6 bis 48 % gemessen in Anlehnung an DIN EN ISO 6892-1 sowie eine Härte Hv5 von 100-250 auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Werkstoff eine Streckgrenze in Längsrichtung bei Raumtemperatur von 310 bis 600 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 400 bis 640 MPa sowie eine Bruchdehnung A80 von 7 bis 32 % gemessen in Anlehnung an DIN EN ISO 6892-1 sowie eine Härte Hv5 von 130-250 auf.
Das Material weist bevorzugt eine Anisotropie bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 5 bis 17 % auf.
Das Ausgangsmaterial kann aber auch ein weichmagnetischer Werkstoff sein, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehend aus (alle Angaben in Gew.-%):

0,1 bis 4,0 Si,
0,01 bis 2,60 Al,
0,07 bis 3,0 Mn,
optional bis zu 0,5 P,
optional bis zu 0,015 B,
optional bis zu 0,2 Sb,
optional bis zu 0,01 Zn,
optional bis zu 5 Cr,
optional bis zu 5 Ni,
optional bis zu 0,25 V,
optional bis zu 0,5 Sn,
optional bis zu 0,01 As,
optional bis zu 0,3 Nb,
optional bis zu 0,5 W,
optional bis zu 0,85 Zr,
optional bis zu 0,2 Mo,
optional bis zu 1,0 Cu,
optional bis zu 0,5 Ti,
optional bis zu 0,5 C,
optional bis zu 0,01 Ce.

Geeignet und bevorzugt verwendet werden Bleche, insbesondere Elektroband, mit einer Dicke zwischen 0,05 und 2,5 mm, wobei Dicken zwischen 0,1 und 1,0 mm bevorzugt werden. Je nach Anwendung der elektrischen Maschine werden besonders bevorzugt Dicken zwischen 0,5 und 1,0 mm eingesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform wird Wärmebehandlung als Spannungsarmglühen durchgeführt. Das bedeutet insbesondere, dass die Lamellen auf eine Temperatur oder auf Temperaturen innerhalb eines Temperaturkorridors erwärmt werden, die unterhalb der Ac1-Temperatur des jeweils verwendeten Materials liegt. Als Temperatur kann beispielsweise eine Temperatur zwischen 200 °C und 650 °C vorgesehen sein. Das Erwärmen erfolgt langsam, beispielsweise mit einem gleichmäßigen Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur in der Regel für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, bevorzugt wenigstens 1 Stunde, gehalten, bevor ein langsames Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter Schutzgasatmosphäre und/oder an Luft, erfolgt. Ein Spannungsarmglühen ist dann die geeignete Methode, wenn das als Ausgangsmaterial vorliegende Blech bereits die gewünschten Korngrößen aufweist.
Alternativ kann die Wärmebehandlung als Weichglühen durchgeführt werden. Das Erwärmen erfolgt langsam, beispielsweise mit einem gleichmäßigen Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 1 Minute, bevorzugt zwischen 1 Stunde und 7 Stunden und noch bevorzugter zwischen 1,4 Stunden und 4 Stunden, gehalten, bevor ein langsames Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter Schutzgasatmosphäre oder/und an Luft, erfolgt. Alternativ kann die Wärmebehandlung als Rekristallisationsglühen durchgeführt werden. Das Erwärmen erfolgt langsam, beispielsweise mit einem gleichmäßigen Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, bevorzugt zwischen 1 Stunde und 7 Stunden und noch bevorzugter zwischen 1,5 Stunden und 4 Stunden, gehalten, bevor ein langsames Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter Schutzgasatmosphäre oder je nach Temperatur an Luft, erfolgt. Die Temperatur und die Haltezeit in Abhängigkeit von der Temperatur werden bevorzugt in Abhängigkeit davon gewählt, ob ein Kornwachstum gewünscht ist und welche Zielkorngröße bei welchem Ausgangsmaterial (Legierung, Sorte, Korngröße, Geometrie und ähnlichem) gewünscht ist.
Die oben für den Glühschritt definierten Temperatur- und Zeitangaben beziehen sich auf eine Wärmebehandlung, die als sequentieller Wärmebehandlungschritt in einem Glühofen durchgeführt werden. Wird die Glühung im in einem Durchlaufverfahren durchgeführt, sind die Glühbedingungen selbstverständlich anzupassen, was dem Fachmann unproblematisch möglich ist.
Besonders bevorzugt werden beide Oberflächen der Lamellen mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff beschichtet, sodass bei dem Fügen der Lamellen Klebstoffoberfläche an Klebstoffoberfläche grenzt mit dem Vorteil einer sehr guten Haftung aneinander.
Als Klebstoff wird bevorzugt ein Klebstoff verwendet, der enthält:

- 60 Gewichtsteile eines Epoxidharzes bezogen auf seine Festharzform,
- 0,5 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Härters,
- 1 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers.

Bevorzugt weist der Klebstoff 1 bis 10 Gewichtsteile des latenten Härters, besonders bevorzugt 2 bis 5 Gewichtsteile des latenten Härters auf.
Der Begriff des latenten Härters bezeichnet einen Stoff, welcher zur Härtung des Epoxidharzes dient, für das Härten jedoch aktiviert werden muss, insbesondere durch Zufuhr von chemischer und/oder thermischer Energie. Der latente Härter wird dem Klebstoff beispielsweise als in Pulverform vorliegender Feststoff zugegeben.
Der Begriff des latenten Beschleunigers bezeichnet einen Stoff, welcher die Härtung des Epoxidharzes durch den latenten Härter beschleunigt. Das Attribut latent bezieht sich auch im Zusammenhang mit dem Beschleuniger darauf, dass auch der Beschleuniger zur Erfüllung seiner Funktion zuvor durch chemische und/oder thermische Energie aktiviert werden muss. Der latente Beschleuniger wird dem Klebstoff beispielsweise als in Pulverform vorliegender Feststoff zugegeben.
Die oben angegebene Zusammensetzung bezieht sich auf die Mischung von den als Festkörper vorliegenden Komponenten in den angegebenen Gewichtsteilen zu einer Klebstoffmischung, welche in Dispersion und/oder Lösung mit einer geeigneten Flüssigkeit zu dem Klebstoff wird, der eine Klebstoffbeschichtung bilden kann. In verwendbarem Zustand, also in zur Beschichtung geeigneten Form, liegt der Klebstoff mit den angegebenen Komponenten bevorzugt als Dispersion der oben angegebenen Zusammensetzung in einem Dispersionsmedium, insbesondere als wässrige Dispersion, vor.
Dadurch, dass Lamellen mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff beschichtet werden sind elektromagentische Komponenten, insbesondere Statorpakte oder Rotorpakete von sehr hoher Qualität auf flexible Weise herstellbar. Dadurch, dass der Klebstoff zunächst thermisch aktiviert werden muss, kann die Klebefunktion nach dem Ausnehmen von Lamellen aus dem Blech und dem Beschichten mit dem Klebstoff, beispielsweise durch Stanzen, zu einem gewünschten Zeitpunkt beziehungsweise zu einem gewünschten Verfahrensschritt vorgenommen werden. Innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Aktivieren müssen die Lamellen zusammengeführt werden und danach muss das Trocknen und Erstarren des Klebstoffs abgewartet werden. Nur so können fehlerfreie, nicht delaminierte und geometrisch genaue, mechanisch stabile Pakete erzeugt werden.
Mit einer wie oben angegeben ausgeführten Klebstoffzusammensetzung weisen die Lamelle jeweils eine Oberfläche mit einer kurzen Aktivierungszeit von beispielsweise 0,5 bis 1 Sekunde und eine kurze Aushärtungszeit von nur wenigen Sekunden auf. Diese Eigenschaften gehen mit einer vergleichsweise hohen Temperaturbeständigkeit und einer vergleichsweise hohen Isolations- und Alterungsfähigkeit einher.
Das in dem bevorzugt verwendeten Klebstoff vorhandene Epoxidharz umfasst eine oder mehrere Epoxidharzkomponenten mit mehr als einer Epoxidgruppe, von denen vorzugsweise mindestens ein Epoxidharz ein Erweichungspunkt größer 50° Celsius besitzt.
Bei den Epoxidharzen kann es sich beispielsweise um aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Epoxidharze handeln. Aliphatische Epoxidharze beinhalten Komponenten, die sowohl eine aliphatische Gruppe als auch mindestens zwei Epoxidharzgruppen tragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Epoxidharz Bisphenol A-Epoxidharz.
Als latenter Härter wird eine Substanz oder ein Gemisch von Substanzen verwendet, die vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 80° Celsius bis 200° Celsius Härtungsreaktionen mit den Epoxidharzen des Klebstoffs eingehen.
Der Härter kann Dicyandiamide, Aziridinderivate, Triazinderivate, Imidazoline, Imidazole, o-Tolylbiguanid, cyclische Amidine, organische Hexafluoroantimonat- oder Hexafluorophosphat-Verbindungen oder BF3-Aminkomplexe enthalten. Die Verbindungen können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.
Der Klebstoff kann in einer Ausgestaltung 1 bis 10 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, bevorzugt 1 bis 5 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, besonders bevorzugt 2 bis 5 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, ganz besonders bevorzugt 2 bis 4 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers enthalten.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Klebstoff weiterhin 0,2 bis 8 Gewichtsteile, bevorzugt 0,2 bis 4 Gewichtsteile, Absorptionsadditive aufweist. Die Absorptionsadditive, die gemäß dieser weiterführenden Idee vorgesehen sein kann, ist aus der Gruppe der Flammruße und/oder aus der Gruppe der wasserlöslichen Farbstoffe ausgewählt.
Der Begriff der Absorptionsadditive bezeichnet einen Stoff, der Wärmestrahlung absorbiert. Eine Wärmestrahlung absorbierender Stoff geht insbesondere mit dem Vorteil einher, dass die Nutzung eines Verfahrens effizienter ermöglicht wird, bei welchem die thermische Aktivierung des Klebstoffs mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels Bestrahlens mit Licht im IR-Wellenlängenbereich erfolgt, bevorzugt im NIR-Wellenlängenbereich.
Bevorzugt enthält der Klebstoff eines oder mehrere der dem Fachmann bekannten Isolationsadditive, wobei der Begriff der Isolationsadditive sich auf speziell zur Erhöhung des elektrischen Widerstands des Klebstoffs bereitgestellte Additive bezieht. Die Isolationsadditive können in Mengen von 1 bis 10 Gwichtsteilen, bevorzugt 1 bis 5 Gewichtsteilen, in dem Kleber enthalten sein.
Bevorzugt weist der latente Beschleuniger ein Harnstoffderivat auf.
Besonders bevorzugt ist das Harnstoffderivat ein N,N-Dimethylharnstoff oder ein N,N'-Dimethylharnstoff oder ein bifunktionelles Harnstoffderivat, bevorzugt mit zwei Harnstoffgruppen als funktionelle Gruppen, im speziellen besonders bevorzugt ein 4,4'-Methylen-bis-(Phenyldimethylharnstoff), oder eine Mischung mehrerer der vorgenannten.
Der im Klebstoff enthaltene latente Beschleuniger besteht vorzugsweise zu wenigstens 50 Gew.-%, noch bevorzugter wenigstens 90 Gew.-%, noch bevorzugter zu wenigstens 98 Gew.-%, speziell bevorzugt vollständig, aus 4,4'-Methylen-bis-(Phenyldimethylharnstoff) .
Es kann vorgesehen sein, dass die Klebstoffbeschichtung auf den Lamellen einseitig oder beidseitig aufgebracht wird. Wenn beidseitig eine Klebstoffbeschichtung aufgebracht wird, kann die Dicke der Beschichtung gleich sein, aber auch unterschiedliche Dicken können vorgesehen sein.
Als bevorzugte Dicke der Klebstoffbeschichtung, das bedeutet bei einseitigem Klebstoff die Dicke der Beschichtung auf der einen Seite beziehungsweise bei zweiseitiger Klebstoffbeschichtung die Gesamtdicke der Klebstoffbeschichtung auf beiden Seiten addiert, beträgt zwischen 1 Mikrometern und 20 Mikrometern, bevorzugt zwischen 2 und 10 Mikrometern, besonders bevorzugt zwischen 4 Mikrometern und 8 Mikrometern.
Alle der genannten vorteilhaft zu verwendenden Klebstoffe weisen nicht zuletzt den Vorteil auf, dass sie als wässrige Dispersion bereitgestellt werden können und dadurch für ein Aufbringen auf die Lamellen, beispielsweise mittels Sprühens, geeignet sind.
Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass aufgrund der hohen Reaktivität des Klebstoffes nur ein vergleichsweise kurzer und geringer Wärmeeintrag in die Klebstoffbeschichtung zum Fügen der Lamellen erforderlich ist, sodass für die mechanischen Eigenschaften der Lamellen im Besonderen der erfindungsgemäß ausgeführte Schritt C) entscheidend ist und bleibt, sodass mittels Optimierens eines einzigen Schrittes weitgehend abschließend die mechanischen Eigenschaften der fertiggestellten Komponente einstellbar sind.
Potentielle Vorteile ergeben sich beispielsweise für die elektromagnetische, mechanische und thermische Maschinenauslegung, die Möglichkeit einer anderen Blechwahl, höhere Konstruktionsfreiheit im Lamellendesign und Vorteile hinsichtlich möglicher Bauteiltoleranzen und Medien- und/oder Wärmeführung. Weitere Vorteile ergeben sich in der Komponenten- und Maschinenfertigung (beispielsweise bei Handhabung von kompakten und soliden Bauteilen) und der mechanischen Bearbeitung. Weitere Vorteile sind bei elektrischen Maschinen mit einem der erfindungsgemäßen Bleche oder einer seiner Weiterbildungen eine höhere Leistung und Effizienz, ein geringerer erforderlicher Bauraum, bessere geometrische Eigenschaften (beispielsweise erreichbar mittels Nachverdichten gegen einen Anschlag, insbesondere mit konstanter Flächenpressung, mit dem Vorteil der besseren Maßhaltigkeit der elektromagnetischen Komponente) sowie, je nach Auslegung, akustische Vorteile.
Es kann vorgesehen sein, dass unmittelbar hinter der Beschichtungsstation ein Oberflächeninspektionssystem angeordnet ist, beispielsweise eine Wärmebildkamera, wahlweise ein Schichtdickenmesssystem, welches den Beschichtungsprozess überwacht und als Nebenprodukt eine zusätzliche Qualitätskontrolle bezüglich größerer Fehler oder Löcher im Elektroband ermöglicht. Zur Locherkennung kann auch eine Lichtquelle in die Lamellenhalterung integriert werden, sodass bei Löchern der Sensor diese erkennt und die Lamelle automatisch aus dem Prozess aussortiert.
In der Positionierstation können Messspulen zur Überprüfung der elektromagnetischen Eigenschaften des Pakets enthalten sein, um Einfluss und Messgrößen über Sensoren zu erfassen und in einer Datenbank zu speichern, alternativ oder zusätzlich über eine Schnittstelle an ein weiteres System weiterzugeben. Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, eine Identifikationsnummer einer Lamelle oder einer elektrischen Komponente mittels eines Lasers zum Beispiel in die Klebstoffbeschichtung einzuschreiben.
Es kann vorgesehen sein, nach Abschluss des Verfahrens zur Herstellung eines Blechpakets dessen Kanten zu reinigen, um eventuelle Kleberreste an einer Blechpaketkante oder Blechpaketseite zu beseitigen. Die Reinigung kann chemisch und/oder mechanisch erfolgen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen beispielhaft Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Weiterbildung der Erfindung als Ausführungsform,
2: eine schematische Darstellung einer alternativen Weiterbildung der Erfindung als Ausführungsform.

In 1 ist schematisch dargestellt, dass ein als nicht kornorientiertes Elektroband ausgebildetes Blech 1 als Ausgangsmaterial bereitgestellt wird. Mit einem Stanzwerkzeug 4 wird eine Anzahl von Lamellen 2 aus dem Blech ausgestanzt, die in der gezeigten Ausführungsform in einem Stapel 3 gesammelt werden. Die Lamellen werden nach dem Stanzen in einem Ofen 5 wärmebehandelt. Die genaue Weise der Wärmebehandlung obliegt dem Fachmann und ist insbesondere vom Ausgangsmaterial abhängig, für den Fall, dass ein Kornwachstum nicht mehr gewünscht wird, kann es sich bei der Wärmebehandlung insbesondere um ein dem Fachmann bekanntes Spannungsarmglühen handeln, also ein langsames Erwärmen in einen Temperaturkorridor unterhalb Ac1, langes Halten in diesem Temperaturkorridor, beispielsweise für 60 Minuten, und langsames Abkühlen aus Raumtemperatur. Dadurch, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, werden Lamellen erhalten, in denen aufgrund des Ausstanzens noch vorhandene Eigenspannungen, insbesondere in den Kantenregionen, entfernt oder zumindest in hohem Maße entfernt sind. Mit den so erhaltenen Lamellen kann mit dem Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu dem Blechpaket oder zu einem Abschnitt des Blechpakets begonnen werden. Für das Fügen der Lamellen wird jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell mit einem Förderband zu verschiedenen Bearbeitungsstationen befördert. In einer ersten Arbeitsstation 6 wird mittels einer Sprühvorrichtung 6' ein als wässrige Dispersion vorliegender Klebstoff vollflächig appliziert. Die Lamellen weisen danach also eine thermisch aktivierbare Klebstoffbeschichtung auf. Unmittelbar nach dem Beschichten wird in einer Prüfstation 7 mittels Wärmeabbildungskamera 7' und angeschlossener Auswerteeinrichtung die ausreichende Fehlerfreiheit der applizierten Beschichtung geprüft und gegebenenfalls Ausschuss ausgesondert. Optional kann noch eine Trockenstation vorgesehen sein, um die Klebstoffbeschichtung zu trocknen.
Die mit einer ausreichend fehlerfreien Beschichtung versehenen Lamellen werden hiernach an einer Aktivierungsstation unter eine NIR-Beleuchtungseinrichtung 8' mit NIR-Strahlung, bevorzugt mit einer Emissionsleistung zwischen 5 kW und 20 kW, bestrahlt zum Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung.
Nach dem Aktivieren des Klebstoffs werden die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen position- und/oder winkelausgerichtet übereinanderpositioniert 3'. Hiernach beaufschlagt ein Druckstempel 9 den Stapel 3' der Lamellen stirnseitig mit einer Druckkraft, welche das Blechpaket axial verdichtend gerichtet ist. Bevorzugt wird dabei eine gleichmäßige Flächenpressung ausgeübt, sodass die in axialer Richtung ausgeübte Kraft an jedem Ort der Stirnseite gleich ist.
In 2 ist eine andere Ausführungsform gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform dahingehend, dass keine Aktivierungsstation 8 vorgesehen ist. Stattdessen wird die Anzahl der an Station 6 beschichteten und an Station 7 inspizierten Lamellen position- und/oder winkelausgerichtet übereinanderpositioniert und die Lamellen werden in einem Ofen 9 für einen ausreichend langen Zeitraum, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, auf einer Temperatur zwischen 100 °C und 250 °C erwärmt und gehalten, um den Klebstoff zu Aktivieren. Die Verdichtung des Blechpakets mittels Druckbeaufschlagung mit Stempel 9 findet gleichzeitig statt.
Ausführungsformen, in denen das gesamte Verfahren in einem Inline- beziehungsweise Durchlaufprozess durchgeführt wird, sind gleichwertig zu den in 1 und in 2 dargestellten Verfahrensführungen, insbesondere findet kein Sammeln der Lamellen im Stapel 3 statt, sondern die Lamellen bleiben an einem oder mehreren Stegen, insbesondere drei Stegen, am Blech befestigt um durch Transportieren des Blechs durch den Prozess transportiert zu werden. Weiterhin kann beispielsweise anstelle des Ofens 5 ein Durchlaufofen verwendet werden und nach Schritt Station 8 (1) beziehungsweise nach Station 7 (2) ein Entfernen der Lamellen von dem Blech mittels Trennen der Stege mit einem dem Fachmann bekannten sogenannten Auspressstempel erfolgen. Funktionell sind die Vorgänge gleichwertig, solang die erfindungsgemäß erforderlichen oder für die Weiterbildungen erforderlichen Randbedingungen vom Fachmann umgesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3829068 C1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60404-2 [0056, 0057, 0058, 0059, 0060]
DIN EN ISO 6892-1 [0061, 0062]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines Blechpakets, insbesondere eines Statorpakets oder eines Rotorpakets, für eine elektrische Maschine wie beispielsweise einen Elektromotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A) Bereitstellen eines Blechs als Ausgangsmaterial, B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech, C) Wärmebehandlung der Lamellen, D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu der Komponente oder zu einem Abschnitt der Komponente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte umfasst: D1) im Wesentlichen vollflächiges Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung, D1b) optional thermisches Trocknen der Klebstoffbeschichtung in einem Trockungsbereich, D2) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode, D3) Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung, wobei die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen position- und winkelausgerichtet übereinanderpositioniert werden und stirnseitig mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aktivieren herbeigeführt wird mittels Beleuchten der Klebstoffbeschichtung mit Infrarotstrahlung mittels eines Mittels zur Ausgabe von Infrarotstrahlung.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Beleuchten der Klebstoffbeschichtung mit elektromagnetischer Strahlung in einem NIR-Wellenlängenbereich durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Wellenlänge zwischen 0,8 Mikrometern und 1,2 Mikrometern, besonders bevorzugt mit einem Maximum der Leuchtleistung bei einer Wellenlänge zwischen 0,85 Mikrometern und 0,9 Mikrometern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung in Reihenfolge der Bearbeitung hinter dem Stanzwerkzeug angeordnet sind, bevorzugt zwischen dem Stanzwerkzeug und einem Auspressstempel angeordnet sind, und aufweisen: - mindestens ein oberes Leuchtmittel, das in eine Stanzrichtung auf eine erste Lamellenoberfläche gerichtet ist oder - mindestens ein unteres Leuchtmittel, das gegen eine Stanzrichtung auf eine jenseits des Stanzwerkzeugs vorhandene zweite Lamellenoberfläche gerichtet ist oder - sowohl mindestens ein oberes als auch mindestens ein unteres Leuchtmittel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte umfasst: D1) im Wesentlichen vollflächiges Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung, D1b) optional thermisches Trocknen der Klebstoffbeschichtung in einem Trockungsbereich, D2) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode, D3) position- und winkelausgerichtetes Übereinanderpositionieren der Lamellen, D4) stirnseitiges Beaufschlagen der übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft, D5) Erwärmen der übereinanderpositionierten und zumindest zeitweise mit der Druckkraft beaufschlagten Lamellen für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur zum Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vorgegebene Zeitraum in Schritt D5 zwischen 5 min und 60 min, bevorzugt zwischen 10 und 40 min, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, wobei die vorgegebene Temperatur in Schritt D5 zwischen 100 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 150 °C beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt D2 das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode erfolgt und eine Lamelle nur dann bei dem Fügen verwendet wird, wenn die optische Inspektionsmethode eine ausreichend gleichmäßige Dickenverteilung der Klebstoffbeschichtung erkennt, und ansonsten die Lamelle als Ausschuss aus dem Verfahren entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt D2 das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode erfolgt, wobei als optische Inspektionsmethode die Erfassung einer Wärmeabbildung der Klebstoffbeschichtung, bevorzugt der noch nicht trockenen Klebstoffbeschichtung, mittels einer Wärmebildkamera dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech - eine Platine aus einem Elektroband oder ein Elektroband ist oder - eine Patine oder ein Band aus einem weichmagnetischen Werkstoff ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech aus einem nicht kornorientierten Elektroband besteht.
Verfahren nach Anspruch 11 oder nach Anspruch 12, wobei das Blech neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht aus (alle Angaben in Gew.-%): 0,1 bis 3,50 Si, 0,01 bis 1,60 Al, 0,07 bis 0,65 Mn, optional bis zu 0,25 P, wobei die Summe aller Bestandteile inklusive unvermeidbarer Verunreinigung 100 Gew.-% ergibt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder nach Anspruch 13, wobei C-Alt1) die Wärmebehandlung als Spannungsarmglühen durchgeführt wird, oder C-Alt2) die Wärmebehandlung zwischen Ac1 und Ac3 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf beiden Oberflächen der Lamelle erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff enthält: 60 Gewichtsteile eines Epoxidharzes, 0,5 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Härters, 1 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers.
Elektrische Maschine, aufweisend eine erste elektromagnetische Komponente und eine zweite elektromagnetische Komponente, wobei die erste elektromagnetische Komponente mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist und wobei die zweite elektromagnetische Komponente als Blechpaket aus Lamellen gefügt, bevorzugt geklebt, ist, wobei die Lamellen der zweiten elektromagnetischen Komponente nach einem Ausstanzen aus einem als Ausgangsmaterial bereitgestellten Blech, beispielsweise einem Elektroband gemäß Definition des Anspruchs 12 oder des Anspruchs 13, und vor dem Fügen zu der zweiten Komponente keiner Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei bevorzugt die erste elektromagnetische Komponente ein Stator und die zweite elektromagnetische Komponente ein Rotor einer elektrischen Maschine ist.
Elektrische Komponente oder Blechpaket, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ausgebildet als Stator oder als Rotor.
Elektrische Maschine aufweisend elektrische Komponenten nach Anspruch 18.
Elektrische Maschine nach Anspruch 19, ausgebildet als Elektromotor für einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein motorisiertes Zweirad, ein Elektrokleinfahrzeug, ein Flugzeug oder eine Drohne.