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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zur Herstellung des Magnete aufweisenden Rotorblechpakets unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
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Eine elektrische Maschine verfügt über einen Rotor und einen Stator. Der Rotor einer elektrischen Maschine wird auch als Läufer und der Stator einer elektrischen Maschine auch als Ständer bezeichnet. Der Rotor einer elektrischen Maschine verfügt über ein Rotorblechpaket sowie vom Rotorblechpaket in Magnettaschen desselben aufgenommene Magnete. Das Rotorblechpaket mit dem vom Rotorblechpaket aufgenommenen Magneten kann auf einer Rotorwelle montiert sein.
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Aus der Praxis sind Rotoren elektrischer Maschinen bekannt, bei welchen die Magnete vom Rotorblechpaket radial innen aufgenommen sind. Derartige radial innen aufgenommene Magnete werden auch als vergrabene Magnete bezeichnet, die in entsprechenden Magnettaschen des Rotorblechpakets angeordnet sind. Vergrabene Magnete werden in Axialrichtung des Rotorblechpakets gesehen in die Magnettaschen des Rotorblechpakets zur Aufnahme der Magnete im Rotorblechpaket eingeschoben. Bei einer derartigen Axialmontage der Magnete können die Magnete sowie das Rotorblechpaket beschädigt werden.
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Aus der Praxis sind weiterhin Rotoren elektrischer Maschinen bekannt, bei welchen zusätzlich oder alternativ zu vergrabenen Magneten radial außen angrenzend an das Rotorblechpaket Magnete positioniert sind. Solche sich radial außen an das Rotorblechpaket anschließende Magnete werden auch als Oberflächenmagnete bezeichnet. Die Oberflächenmagnete werden am Rotorblechpaket über einen Hüllkörper befestigt, der auch als Bandage bezeichnet wird.
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US 2007/0205682 A1 ,
US 2011/0101814 A1 und
EP 0 013 157 B1 offenbaren unterschiedliche Rotoren elektrischer Maschinen.
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US 2019/0089229 A1 und
US 2019/0190330 A1 offenbaren Rotoren elektrischer Maschinen mit vergrabenen Magneten, wobei die
US 2019/0089229 A1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines mit Magneten bestückten Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine offenbart.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Vorrichtung zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine unter Verwendung einer solchen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Einführmaske für die Magnete auf, wobei die Einführmaske an einer ersten axialen Seite eines Rotorblechpakets positionierbar ist und Ausnehmungen aufweist, und wobei die Ausnehmungen der Einführmaske zu den Magnetaschen des Rotorblechpakets ausrichtbar sind, um die Magnete über die Ausnehmungen der Einführmaske in die Magnetaschen des Rotorblechpakets einzuführen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner einen Dämpfungskörper für die Magnete auf, wobei der Dämpfungskörper an einer gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des Rotorblechpakets positionierbar ist, um die Bewegung der Magnete bei der Einführung derselben in die Magnetaschen des Rotorblechpakets zu begrenzen und zu dämpfen.
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Mit der Erfindung kann eine Beschädigung der Magnete sowie des Rotorblechpakets bei der Montage bzw. Herstellung des mit Magneten bestückten Rotorblechpakets verhindert werden.
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Eine Beschädigung der Magnete, insbesondere einer Magnetbeschichtung derselben, die sich infolge der magnetischen Anziehungskraft zwischen den Magneten und dem Rotorblechpaket nach dem Stand der Technik ausbilden kann, kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden werden. Ferner kann verhindert werden, dass in die Magnettaschen des Rotorblechpakets einzusetzende Magnete aufgrund der hohen Anziehungskraft gegen eine feste Unterlage schlagen und hierdurch beschädigt werden.
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Vorzugsweise weisen die Ausnehmungen der Einführmaske Einführschrägen für die Magnete auf. Über die Einführschrägen kann ein Verkanten der Magnete verhindert werden. Dieselben können beschädigungsfrei in die Magnettaschen eingesetzt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Schürze auf, wobei die Schürze radial um eine Umfangsseite des Rotorblechpakets herum positionierbar ist. Über die Schürze kann das Rotorblechpaket bei der Montage der Magnete auch radial außen abgeschirmt werden, wodurch eine Beschädigungsgefahr für das Rotorblechpaket infolge von Anziehungskräften und Magnetsplittern weiter reduziert werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Positionierhilfe zur Ausrichtung der Einführmaske relativ zum Rotorblechpaket auf, wobei eine erste Positionierhilfe der Radialausrichtung der Einführmaske relativ zum Rotorblechpaket dient und/oder eine zweite Positionierhilfe der Umfangsausrichtung der Einführmaske relativ zum Rotorblechpaket dient. Über die mindestens eine Positionierhilfe lässt sich die Einführmaske der erfindungsgemäßen Vorrichtung exakt zu den Magnettaschen Rotorblechpaket ausrichten, um eine exakte und beschädigungsfreie Positionierung der Magnete in den Magnettaschen des Rotorblechpakets zu ermöglichen.
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Das Verfahren ist in Patentanspruch 10 definiert und umfasst zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Rotorblechpakets mit Magnetaschen. Bereitstellen von Magneten. Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Anordnen des Rotorblechpakets zwischen dem Dämpfungskörper und der Einführmaske unter Ausrichtung der Ausnehmungen der Einführmaske zu den Magnetaschen des Rotorblechpakets. Einführen der Magnete in die Magnetaschen des Rotorblechpakets über die Ausnehmungen der Einführmaske.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine ohne Magnete,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Rotorblechpakets zusammen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine,
- 3 eine Draufsicht auf die Anordnung der 1, und
- 4 einen Querschnitt durch die Anordnung der 1.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets eines Rotors einer elektrischen Maschine, nämlich eine Vorrichtung zur beschädigungsfreien Montage der Magnete in Magnettaschen des Rotorblechpakets. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotorblechpakets unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Rotorblechpakets 10 eines Rotors einer elektrischen Maschine.
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Das Rotorblechpaket 10 verfügt über mehrere Magnettaschen 11, 12 unterschiedlicher Größen, um unterschiedlich große Magnete aufzunehmen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel können die Magnete in die Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 in axialer Richtung desselben eingeschoben werden, wobei dann die Magnete, die in den Magnettaschen 11, 12 angeordnet sind, radial innen im Rotorblechpaket 10 aufgenommen und demnach als vergrabene Magnete ausgebildet sind.
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Bei der hier vorliegenden Erfindung geht es nun darum, die Magnete beschädigungsfrei, und zwar ohne eine Beschädigungsgefahr für die Magnete und das Rotorblechpaket, in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 anzuordnen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Montieren der Magnete in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 verfügt über eine Einführmaske 13, die an einer ersten axialen Seite des Blechpakets 10 positionierbar ist. Die Einführmaske 13 verfügt über Ausnehmungen 14 für die in die Magnettaschen 11, 12 einzuführenden Magnete, wobei die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 zu den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 ausrichtbar sind, um dieselben in Überdeckung zu bringen und so die Magnete über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 in die Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 einzuführen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt weiterhin über einen Dämpfungskörper 15, der an einer der ersten axialen Seite gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des Blechpakets 10 positionierbar ist, wobei der Dämpfungskörper 15 die Bewegung der in die Magnettaschen 11, 12 einzufügenden Magnete bei der Einführung derselben in die Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 begrenzt und dämpft. Der Dämpfungskörper 15 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe insbesondere 1) von einer Unterlage 16 aufgenommen.
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Bei der Montage der Magnete in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 ist das Rotorblechpaket 10 sandwichartig zwischen der Einführmaske 13 und dem Dämpfungskörper 15 angeordnet, wobei die Magnete über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 in die Ausnehmungen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 in Axialrichtung des Rotorblechpakets 10 einführbar sind, wobei der in Richtung dieser Einführbewegung der Magnete in die Magnettaschen 11, 12 vorne liegende Dämpfungskörper 15 die Einführbewegung der Magnete in die Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 begrenzt und dämpft. Bei der Montage bzw. Anordnung der Magnete in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 und demnach bei der Herstellung eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets 10 bzw. eines mit Magneten bestückten Rotorblechpakets 10 besteht so keine Beschädigungsgefahr einerseits für die in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 anzuordnenden Magnete sowie für das Rotorblechpaket 10.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Schürze 17, die radial um eine Umfangsfläche des Rotorblechpakets 10 herum positioniert ist. Einführmaske 13, Schürze 17 und Dämpfungskörper 15 mit Grundplatte 16 bilden so eine Einhausung für das Rotorblechpaket 10 bei der Anordnung der Magnete in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10. Hierdurch kann die Beschädigungsgefahr für das Rotorblechpaket 10 bei der Montage weiter reduziert werden. Es besteht keine Gefahr von Beschädigungen des Rotorblechpakets 10 an seiner Umfangsfläche durch Magnetsplitter oder dergleichen.
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Die Einführmaske 13 sowie die Schürze 17 und der Grundkörper 16 sind vorzugsweise aus einem paramagnetischen Werkstoff gefertigt.
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Der Dämpfungskörper 15 ist vorzugsweise aus einem elastischen Werkstoff gefertigt, welcher eine kinetische Energie der in den Magnettaschen 11, 12 anzuordnenden Magnete aufnimmt und dieselben in ihrer Bewegung dämpft.
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Der Dämpfungskörper 15 ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine horizontale Ausrichtung des Rotorblechpakets 10 und der Magnete nicht beeinflusst wird und ein bündiger Abschluss zwischen dem Rotorblechpaket 10 und den in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 anzuordnenden Magneten bereitgestellt werden kann.
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Die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 verfügen vorzugsweise über Einführschrägen 18 für das Einbringen der Magnete in die Magnettaschen 11, 12 über die Ausnehmungen 14. Es besteht keine Gefahr, dass die Magnete beim Einführen derselben in die Magnettaschen 11, 12 verkanten und hierdurch beschädigt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt weiterhin über mindestens eine Positionierhilfe zur Ausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10, und zwar zur Ausrichtung der Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 relativ zu den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10.
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So verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise über eine erste Positionierhilfe zur Radialausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10 sowie über eine zweite Positionierhilfe zur Umfangsausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die erste Positionierhilfe zur Radialausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10 von einem Aufnahmedorn 19 bereitgestellt, der mehrteilig ausgebildet ist. Der mehrteilige Aufnahmedorn 19 verfügt dabei über ein erstes Teil 19a, das sich ausgehend von der zweiten Seite des Rotorblechpakets 10 durch eine zentrale Ausnehmung 20 desselben hindurch erstreckt, wobei diese zentrale Ausnehmung 20 nach der Montage der Magnete in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 dazu dient, das Rotorblechpaket 10 auf einer Welle des Rotors zur positionieren.
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Dieser erste Teil 19a des Aufnahmedorns 19 ist dabei vorzugsweise integraler Bestandteil des Grundkörpers 16, der im gezeigten Ausführungsbeispiel auch den Dämpfungskörper 15 trägt.
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Von der gegenüberliegenden ersten Seite des Rotorblechpakets 10 aus kann das zweite Teil 19b des Aufnahmedorns 19 auf dem ersten Teil 19a des Aufnahmedorns 19 positioniert werden, wobei diese beiden Teile 19a, 19b des Aufnahmedorns 19 über eine Überwurfmutter 21 aneinander befestigt werden können. Das zweite Teil 19b des Aufnahmedorns 19 ist dabei in eine zentrale Ausnehmung in der Einführmaske 13 einführbar, wobei ein umlaufender Bund 24 des Teils 19b an der Einführmaske 13 zur Anlage kommt.
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Durch Festziehen der Überwurfmutter 21 kann die Anordnung aus dem Rotorblechpaket 10, welches zwischen dem Grundkörper 16 mit dem Dämpfungskörper 15 und der Einführmaske 13 angeordnet ist, verspannt werden.
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Die zweite Positionierhilfe zur Festlegung einer Relativposition in Umfangsrichtung zwischen Einführmaske 13 und Rotorblechpaket 10 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel über Lehren 22 bereitgestellt, die gemäß 2 zur Festlegung der Umfangsrelativposition zwischen Einführmaske 13 und Rotorblechpaket 10 einerseits in die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 und andererseits in Magnettaschen 11 des Rotorblechpakets 10 einführbar sind. Bei noch gelöster Überwurfmutter 21 kann so die Einführmaske 13 in Umfangsrichtung relativ zum Rotorblechpaket 11 verdreht werden, um dann in der gewünschten Umfangsrelativposition die Lehren 22 über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 in die Magnettaschen 11 des Rotorblechpakets 10 einzuführen und anschließend durch Festziehen der Überwurfmutter 21 die Anordnung aus dem Rotorblechpaket 10 und Einführmaske 13 zu verspannen. Anschließend können dann die Lehren 22 wieder entfernt werden, um alle Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 für eine Einführung der Magnete über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 zugänglich zu machen.
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Anstelle der Lehren 22 oder zusätzlich zu denselben können als zweite Positionierhilfen auch Vorsprünge (nicht gezeigt) genutzt werden, die an einer dem Rotorblechpaket 10 zugewandten Seite der Einführmaske 13 ausgebildet sind und in Flussbarrieren (nicht gezeigt) und/oder in eine Kontur im Bereich der zentralen Ausnehmung 20 des Rotorblechpakets 10 eingeführt werden können, um so die Umfangsausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10 vorzunehmen.
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Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist an der Einführmaske 13 der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Orientierungseinrichtung 23 ausgebildet. Bei dieser Orientierungseinrichtung 23 handelt es sich um eine Einrichtung, die mindestens ein optisches und/oder taktiles Orientierungsmerkmal 25 aufweist, welches von einem Roboter oder einer sonstigen automatischen Handhabungseinrichtung genutzt werden kann, um die Position der Einführungsmaske 13 automatisch zu bestimmen und so die in die Magnettaschen 11, 12 zu positionierenden Magnete jeweils in die richtigen Magnettaschen 11, 12 einzuführen. Hiermit kann eine vollautomatische Bestückung der Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 mit Magneten vorgenommen werden, um manuelle Bearbeitungsschritte überflüssig zu machen und Produktionskosten zu senken.
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Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung vor, die zumindest die Einführmaske 13 und den Dämpfungskörper 15 umfasst, die an zwei sich gegenüberliegenden axialen Seiten bzw. axialen Enden des Rotorblechpakets 10 angeordnet werden können.
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Dann, wenn zusätzlich die Schürze 17 vorhanden ist, stellen diese Baugruppen eine nahezu vollständige Einhausung des Rotorblechpakets 10 als Schutz für dasselbe bei der Einführung der Magnete in die Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 bereit. In diesem Fall ist dann das Rotorblechpaket 10 optimal vor Beschädigungen geschützt.
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Die Ausrichtung der Einführmaske 13 relativ zum Rotorblechpaket 10, und zwar die Ausrichtung der Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 zu den mit den Magneten zu bestückenden Magnettaschen 11, 12 erfolgt über mindestens eine Positionierhilfe.
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Um ein Verkanten der Magnete beim Einführen in die Magnettaschen 11, 12 über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 zu vermeiden, verfügen die Ausnehmungen 14 der Einführmaske über die Einführschrägen 18.
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Der Dämpfungskörper 15, welcher auf der gegenüberliegenden axialen Seite des mit Magneten zu bestückenden Rotorblechpakets 10 wie die Einführmaske 13 angeordnet ist, besteht aus einem elastischen Werkstoff, um die Bewegung der Magnete in die Magnettaschen 11, 12 hinein am Ende der Bewegung zu dämpfen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für eine teilautomatische als auch für eine vollautomatische Bestückung der Magnettaschen 11, 12 mit den Magneten genutzt werden. Bei einer vollautomatischen Bestückung ist die Orientierungsvorrichtung 23 von Vorteil, welche das mindestens eine automatisch auswertbare, optische oder taktile Orientierungsmerkmal 25 bereitstellt, auf Basis dessen ein Roboter automatisch die Position der Einführmaske 13 bestimmen kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Magnete aufweisenden Rotorblechpakets 10, nämlich ein Verfahren zum Bestücken der Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 mit Magneten unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung.
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Um ein mit Magneten bestücktes Rotorblechpaket 10 herzustellen bzw. bereitzustellen, wird einerseits das Rotorblechpaket 10 mit den Magnettaschen 11, 12 bereitgestellt, andererseits werden Magnete bereitgestellt und die Vorrichtung, die oben beschrieben wurde.
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Das mit den Magneten zu bestückende Rotorblechpaket 10 wird zwischen dem Dämpfungskörper 15 und der Einführmaske 13 positioniert, und zwar unter Ausrichtung der Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 zu den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10.
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Anschließend werden die Magnete in die Magnettaschen 10, 11 des Rotorblechpakets 12 über die Ausnehmungen 14 der Einführmaske 13 eingeführt, wobei nach vollständigem Bestücken der Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpakets 10 mit Magneten das Rotorblechpaket 10 von der Vorrichtung entfernt werden kann, nämlich durch Lösen der Überwurfmutter 21 sowie Entfernen der Einführmaske 13 und des bestückten Rotorblechpakets 10 vom Aufnahmedorn 19a, 19b.
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Bei dem herzstellenden Rotors einer elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Rotor einer permanentmagneterregten Synchronmaschine, bei welcher die in den Magnettaschen 11, 12 des Rotorblechpaketa 10 anzuordnenden Magnete Permanentmagnete sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0205682 A1 [0005]
- US 2011/0101814 A1 [0005]
- EP 0013157 B1 [0005]
- US 2019/0089229 A1 [0006]
- US 2019/0190330 A1 [0006]
