DE102020125340B4

DE102020125340B4 - Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket und einer Stützhülse eines Spaltrohr-Elektromotors

Info

Publication number: DE102020125340B4
Application number: DE102020125340.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Berendes; Stefan Oechslen; Bernhard Wiedemann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: DE102020125340A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket (32) und einer Stützhülse (42) eines Spaltrohr-Elektromotors (10), wobei der zusammengebaute Spaltrohr-Elektromotor (10) aufweist:einen Motorstator (30), der das Stator-Blechpaket (32) aufweist,einen in Bezug auf den Motorstator (30) drehbaren Innenläufer-Motorrotor (20),ein radial zwischen dem Motorrotor (20) und dem Motorstator (30) angeordnetes Spaltrohr (40), unddie Stützhülse (42), die von innen in eine zylindrische Stecköffnung (33) des Stator-Blechpakets (32) eingepresst ist,mit den folgenden kennzeichnenden Verfahrensschritten zur Herstellung der Pressverbindung:Applizieren eines Ringkörpers (44), der aus einem retardierenden Werkstoff besteht und dessen Innendurchmesser (D2`) vor der Herstellung der Pressverbindung kleiner ist als der Innendurchmesser (D1) des Stator-Blechpakets (32), auf die Stützhülse (42), deren Außendurchmesser vor dem Applizieren des Ringkörpers (44) größer ist als der Innendurchmesser (D1) des Stator-Blechpakets (32), sodass der Außendurchmesser (D3`) eines freien Stützhülsen-Steckabschnitts (43) nach dem Applizieren verringert ist und nicht größer ist als der Innendurchmesser (D1) der Blechpaket-Stecköffnung (33),Einschieben des freien Steckabschnitts (43) der Stützhülse (42) in die Blechpaket-Stecköffnung (33), undAufweitendes Retardieren des Ringkörpers (44), sodass der Stützhülsen-Steckabschnitt (43) mit Pressverbindung in der zylindrischen Stecköffnung (33) sitzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket und einer Stützhülse eines Spaltrohr-Elektromotors, insbesondere eines flüssigkeitsgekühlten Traktions-Elektromotors eines Kraftfahrzeugs.
Ein typischer Spaltrohr-Elektromotor mit einer Flüssigkeitskühlung ist bekannt aus der DE 10 2010 055 821 B4 , deren Offenbarung den Oberbegriff des Hauptanspruches bildet. Der Spaltrohr-Elektromotor weist einen flüssigkeitsgekühlten Motorstator auf, der von einem Stator-Blechpaket und mehreren Statorspulen gebildet wird, die von dem Startor-Blechpaket gehalten werden. An den beiden Stirnseiten des Stator-Blechpakets bilden die Statorspulen jeweils Spulenköpfe, die konzentrisch zu einem zylindrischen Spaltrohr angeordnet sind. Das Spaltrohr wird aus einer Vergussmasse hergestellt, die an die Stützhülse angegossen wird, sodass nach dem Vergussprozess die Außenseite des Spaltrohrs an der jeweiligen Stützhülse anliegt.
Die DE 20 2005 021 025 U1 zeigt eine gekühlte elektrodynamische Maschine mit einem Spaltrohr als Verschlusselement, welches ein Eindringen des Kühlmittels, das die Leiter in den Statornuten umspült, in den Spalt und in den Rotorbereich verhindert. Das Spaltrohr ist hier elektrisch isolierend, beispielsweise aus Kunststoff, ausgeführt und wird durch Fügen mit Übermaß mit dem Stator verbunden, sodass sich ein Pressverband ausbildet. Alternativ kann das Spaltrohr auch an den Innendurchmesser des Stators geklebt werden.
Der Montageaufwand für die Herstellung flüssigkeitsdichter und mechanisch stabiler Verbindungen zwischen dem Motorstator, der Stützhülse und einer gegebenenfalls vorgesehenen Endscheibe ist verhältnismäßig hoch.
Aufgabe der Erfindung vor diesem Hintergrund ist es, ein effektives Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket und einer Stützhülse eines Spaltrohr-Elektromotors zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket und einer Stützhülse eines Spaltrohr-Elektromotors geschaffen, vorzugsweise eines flüssigkeitsgekühlten Spaltrohr-Elektromotors, bei dem ausschließlich der Motorstator flüssigkeitsgekühlt ausgebildet ist.
Der zusammengebaute Spaltrohr-Elektromotor weist einen Motorstator auf, der das Stator-Blechpaket aufweist, weist einen in Bezug auf den Motorstator drehbaren Innenläufer-Motorrotor auf, weist ein radial zwischen dem Motorrotor und dem Motorstator angeordnetes Spaltrohr auf, und weist eine Stützhülse auf, die axial in eine zylindrische Stecköffnung des Stator-Blechpakets eingepresst ist. Das Blechpaket trägt mehrere Statorspulen.
Das Verfahren zur Herstellung der Pressverbindung sieht zunächst das Applizieren eines Ringkörpers auf die Außenseite der Stützhülse vor. Der Ringkörper bildet besonders bevorzugt eine Endscheibe, die im fertiggestellten Elektromotor eine Stirnseite des Stator-Blechpakets bedeckt und besonders bevorzugt Ausnehmungen bzw. Öffnungen zur Durchführung der Statorspulen-Leitungen aufweist. Der Ringkörper besteht aus einem retardierenden Werkstoff und weist vor der Herstellung der Pressverbindung einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Stator-Blechpakets. Der Außendurchmesser der Stützhülse vor dem Applizieren des Ringkörpers ist größer als der Innendurchmesser des Stator-Blechpakets, kann also in diesem Zustand nicht in die Stecköffnung des Stator-Blechpakets eingesteckt werden. Durch das Applizieren des Ringkörpers wird jedoch der Außendurchmesser eines freiliegenden Stützhülsen-Steckabschnitts verringert, sodass der Stützhülsen-Außendurchmesser mindestens im Steckabschnitt nunmehr nicht größer ist als der Innendurchmesser der Blechpaket-Stecköffnung, in die der Steckabschnitt der Stützhülse in dem folgenden Verfahrensschritt eingeschoben wird. Der Ringkörper bildet also auf diese Weise eine Montagehilfe für die Montage der Stützhülse an dem Blechpaket. Das Einschieben des freien Steckabschnitts der Stützhülse in die Blechpaket-Stecköffnung muss in zeitlicher Nähe zum Applizieren des Ringkörpers auf der Stützhülse erfolgen, beispielsweise innerhalb weniger Stunden.
Nach dem Einschieben des freien Steckabschnitts der Stützhülse in die Blechpaket-Stecköffnung beginnt das passive aufweitende Retardieren des Ringkörpers, der aus einem retardierenden Werkstoff besteht. Da der Ringkörper-Werkstoff eine mehr oder weniger ausgeprägte Kriechneigung hat, entspannt sich der unter hoher Zugspannung stehende Ringkörper in dem in die Blechpaket-Stecköffnung eingesteckten Zustand der Stützhülse langsam, sodass sich der Innendurchmesser des Ringkörpers langsam wieder vergrößert. Dies hat wiederum zur Folge, dass sich auch der Außendurchmesser des elastischen Stützhülsen-Steckabschnitts ebenfalls entsprechend vergrößert. Hierdurch sitzt schließlich der Stützhülsen-Steckabschnitt mit einer Pressverbindung unverlierbar und unverrückbar sowie äußerst stabil fixiert in der zylindrischen Blechpaket-Stecköffnung.
Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln und Verfahrensschritten eine feste und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Stator-Blechpaket und der Stützhülse geschaffen. Falls der Ringkörper durch eine Endscheibe gebildet wird, wird für diesen Montageprozess kein zusätzliches Bauteil bzw. kein zusätzlicher Montageschritt für die Montage einer Endscheibe benötigt.
Vorzugsweise besteht der Ringkörper aus einem retardierenden Kunststoff-Werkstoff, beispielsweise aus einem Polymer, das zunächst gute FestigkeitsEigenschaften aufweist, jedoch ebenfalls retardierende Eigenschaften aufweist, sodass durch seine Kriechneigung die radiale Vorspannung der Stützhülse durch den Ringkörper sukzessive verringert wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Ringkörper auf die Stützhülse zunächst außenseitig im Spritzguss aufgespritzt, wobei sich der Ringkörper beim Abkühlen des Ringkörper-Kunststoffs auf den Ringkörper-Innendurchmesser vor dem Herstellen der Pressverbindung zusammenzieht. Auf diese Weise wird allein durch das Abkühlen des Ringkörper-Kunststoffes der freie Stützhülsen-Steckabschnitt in seinem Außendurchmesser ungefähr auf den Innendurchmesser des Stator-Blechpakets oder kleiner derart verringert, dass der Steckabschnitt anschließend ohne einen großen mechanischen Widerstand in die Blechpaket-Stecköffnung eingeschoben werden kann.
Alternativ erfolgt das Applizieren des Ringkörpers auf die Stützhülse durch Aufpressen oder Aufschrumpfen des Ringkörpers auf die Stützhülse.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt eines fertiggestellten flüssigkeitsgekühlten Spaltrohr-Elektromotors mit einem Stator-Blechpaket, in dessen zylindrische Stecköffnung ein Steckabschnitt einer Stützhülse mit Pressverbindung eingesteckt ist,
2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II des Elektromotors der 1, in der ein Längsende des Blechpakets, eine in die Blechpaket-Stecköffnung eingesteckte Stützhülse, ein als Endscheibe ausgebildeter Ringkörper sowie ein Spaltrohr dargestellt sind,
3a die Stützhülse und die Endscheibe der 1 und 2 beim Applizieren des Endscheiben-Ringkörpers auf die Stützhülse,
3b das Einschieben des freien Steckabschnitts der Stützhülse in die Blechpaket-Stecköffnung, und
3c die in der 3b gezeigte Anordnung nach dem aufweitenden Retardieren des Ringkörpers.

In den 1 und 2 ist schematisch ein Längsschnitt eines flüssigkeitsgekühlten Spaltrohr-Elektromotors 10 dargestellt, der als Traktionsmotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der Elektromotor 10 weist einen flüssigkeitsgekühlten Motorstator 30 auf, der innerhalb eines Motorgehäuses 12 angeordnet ist, das einen Kühlmittel-Einlass 14 und einen Kühlmittel-Auslass 16 aufweist. Der Elektromotor 10 weist ferner einen drehbaren Motorrotor 20 auf, der im Wesentlichen von einer Rotorwelle 22 und einem mit der Rotorwelle 22 drehfest verbundenen und permanentmagnetischen Motorrotor 24 gebildet ist. Der Innenläufer-Motorrotor 20 ist trockenlaufend, wird also nicht durch ein flüssiges Kühlmittel gekühlt.
Der Motorstator 30 wird im Wesentlichen von einem Stator-Blechpaket 32 und mehreren Statorspulen 37 gebildet, deren offenliegende Längsenden jeweils einen Spulenkopf 38 bilden, der jeweils axial aus den beiden Längsenden des Stator-Blechpakets 32 herausragt. Das Stator-Blechpaket 32 ist aus einer Vielzahl weitgehend identischer Statorbleche 34 gebildet. Das Stator-Blechpaket 32 weist eine zylindrische Innenseite 36 auf und bildet an seinen beiden Längsenden jeweils eine innenzylindrische Stecköffnung 33, in die mit Pressverbindung ein Steckabschnitt 43 einer zylindrischen Stützhülse 42 eingesteckt und dort mit Presssitz fixiert ist. Die Stützhülse 42 in dazu, das Spaltrohr 40 abzustützen und eine fluiddichte Verbindung herzustellen.
Auf der zylindrischen Außenseite der Stützhülse 42 ist ein als ringscheibenförmige Endscheibe 44` ausgebildeter Ringkörper 44 fixiert, wobei eine zylindrische Innenseite 45 des Ringkörpers 44 auf der Außenseite der Stützhülse 42 kraftschlüssig aufliegt. Der proximal des Ringkörpers 44 liegende Längsabschnitt der Stützhülse 42 bildet den Steckabschnitt 43 der Stützhülse 42. Die Endscheibe 44' weist eine Vielzahl von Öffnungen bzw. Ausnehmungen 46 auf, die axial mit entsprechenden Öffnungen des Stator-Blechpakets 32 fluchten, durch die die Leitungen der Statorspulen 37 geführt sind.
In den 3a bis 3c ist ein Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen dem Stator-Blechpaket 32 und der Stützhülse 42 dargestellt. Die zylindrische Stützhülse 42 besteht aus einem Kunststoffkörper, der in ausreichendem Maße elastisch ist. Der Ringkörper 44 besteht aus einem definiert retardierenden Kunststoff-Werkstoff, beispielsweise aus einem Polymer. Der Ringkörper 44 wird zunächst auf die Stützhülse 42 außenseitig aufgespritzt, woraufhin sich beim Abkühlen des Ringkörper-Kunststoffs auf Raumtemperatur der Innendurchmesser der Innenseite 45 des Ringkörpers 44 auf einen Innendurchmesser D2' verkleinert. Hierdurch verkleinert sich zwangsläufig auch der Außendurchmesser D3' des Stützhülsen-Steckabschnitts 43. Der sich nach dem Auskühlen des Ringkörpers 44 schließlich ergebende Montage-Außendurchmesser D3` des Stützhülsen-Steckabschnitts 43 ist höchstens so groß, wie der Innendurchmesser D1 der zylindrischen Innenseite 36 des Blechpakets 32, und ist besonders bevorzugt geringfügig kleiner als der Innendurchmesser D1 der zylindrischen Innenseite 36 des Blechpakets 32.
Wie in der 3b dargestellt, kann nun der Stützhülsen-Steckabschnitt 43 in die zylindrische Stecköffnung 33 des Stator-Blechpakets 32 widerstandsarm oder -frei eingesteckt werden, bis der Ringkörper 44 axial an das Stator-Blechpaket 32 anschlägt. In dieser Position wird die Stützhülse 42 durch ein entsprechendes Hilfswerkzeug fixiert. Der Ringkörper 44 weitet sich durch das retardierende Verhalten seines Kunststoff-Werkstoffes mit der Zeit auf, sodass sich der Innendurchmesser auf einen End-Durchmesser D2 vergrößert. Hierdurch weitet sich auch der Steckabschnitt 43 der Stützhülse 42 elastisch nach außen auf, so dass sich sein Außendurchmesser auf den Außendurchmesser D3 vergrößert und schließlich mit Pressverbindung in der zylindrischen Stecköffnung 33 festsitzt und fixiert ist.
Auf diese Weise ist eine Pressverbindung zwischen der Stützhülse 42 und dem Blechpaket 32 hergestellt, wodurch eine mechanisch hochfeste kraftschlüssige und fluiddichte Verbindung geschaffen ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung zwischen einem Stator-Blechpaket (32) und einer Stützhülse (42) eines Spaltrohr-Elektromotors (10), wobei der zusammengebaute Spaltrohr-Elektromotor (10) aufweist: einen Motorstator (30), der das Stator-Blechpaket (32) aufweist, einen in Bezug auf den Motorstator (30) drehbaren Innenläufer-Motorrotor (20), ein radial zwischen dem Motorrotor (20) und dem Motorstator (30) angeordnetes Spaltrohr (40), und die Stützhülse (42), die von innen in eine zylindrische Stecköffnung (33) des Stator-Blechpakets (32) eingepresst ist, mit den folgenden kennzeichnenden Verfahrensschritten zur Herstellung der Pressverbindung: Applizieren eines Ringkörpers (44), der aus einem retardierenden Werkstoff besteht und dessen Innendurchmesser (D2`) vor der Herstellung der Pressverbindung kleiner ist als der Innendurchmesser (D1) des Stator-Blechpakets (32), auf die Stützhülse (42), deren Außendurchmesser vor dem Applizieren des Ringkörpers (44) größer ist als der Innendurchmesser (D1) des Stator-Blechpakets (32), sodass der Außendurchmesser (D3`) eines freien Stützhülsen-Steckabschnitts (43) nach dem Applizieren verringert ist und nicht größer ist als der Innendurchmesser (D1) der Blechpaket-Stecköffnung (33), Einschieben des freien Steckabschnitts (43) der Stützhülse (42) in die Blechpaket-Stecköffnung (33), und Aufweitendes Retardieren des Ringkörpers (44), sodass der Stützhülsen-Steckabschnitt (43) mit Pressverbindung in der zylindrischen Stecköffnung (33) sitzt.
Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung nach Anspruch 1, wobei der Ringkörper (44) eine Endscheibe (44`) bildet, die eine Stirnseite des Stator-Blechpakets (32) bedeckt und bevorzugt Ausnehmungen (46) zur Durchführung einer Statorspule (37) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Ringkörper (44) aus einem retardierenden Kunststoff-Werkstoff besteht, beispielsweise aus einem Polymer.
Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung nach Anspruch 3, wobei der Ringkörper (44) auf die Stützhülse (42) außenseitig aufgespritzt wird und sich der Ringkörper (44) beim Abkühlen des Ringkörper-Kunststoffs auf den Ringkörper-Innendurchmesser (D2`) vor dem Herstellen der Pressverbindung zusammenzieht.
Verfahren zur Herstellung einer Pressverbindung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-3, wobei das Applizieren des Ringkörpers (44) auf die Stützhülse (42) durch Aufpressen oder Aufschrumpfen des Ringkörpers (44) auf die Stützhülse (42) erfolgt.