DE102021110816A1

DE102021110816A1 - Blechpaket und Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets

Info

Publication number: DE102021110816A1
Application number: DE102021110816.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Wurster; Tobias Schmack; Niklas Lamparsky; Florian Braunbeck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-11-03
Also published as: KR20220148114A; US20220352793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Blechpaket (10) für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, wobei das Blechpaket (10) aus mehreren Lamellen (12) gebildet ist, die entlang einer Axialrichtung (14) zu einem Lamellenstapel (16) aufeinander gestapelt sind, wobei im Lamellenstapel (16) ein Durchgang (18) ausgebildet ist, der sich parallel zur Axialrichtung (14) durch die Lamellen (12) hindurch erstreckt, wobei zur Paketierung des Blechpakets (10) in den Durchgang (18) ein Zuganker (20) aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Blechpaket gemäß Oberbegriff von Anspruch 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
DE 10 2016 004 633 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Lamellenpakets für eine elektrische Maschine, wobei mit einer Stanzvorrichtung mehrere Lamellen aus einem Elektroband gestanzt werden. Die gestanzten Lamellen werden in der Vorrichtung gestapelt und mit Kunststoff umspritzt. Der Kunststoff hält das Lamellenpaket zusammen. Um durch Umspritzen eine hinreichend stabile Befestigung zu erreichen, ist eine entsprechende Kunststoffmenge erforderlich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Blechpaket und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Blechpaket nach Anspruch 1 gelöst.
Das Blechpaket dient als Blechpaket für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine (Statorblechpaket oder Rotorblechpaket). Das Blechpaket ist aus mehreren Lamellen gebildet, die entlang einer Axialrichtung zu einem Lamellenstapel aufeinander gestapelt sind. Im Lamellenstapel ist ein Durchgang ausgebildet, der sich parallel zur Axialrichtung durch die Lamellen hindurch erstreckt. Zur Paketierung des Blechpakets ist in den Durchgang ein Zuganker aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt.
Durch einen eingebrachten bzw. eingespritzten Zuganker aus Kunststoff kann auf konstruktiv günstige Weise und mit vergleichsweise wenig Kunststoffmaterial eine stabile Kopplung der Lamellen erreicht werden. Dies trägt zu einer stabilen Ausgestaltung des Blechpakets bei. Die einzelnen Lamellen werden durch ein Paketierverfahren zu dem Blechpaket zusammengesetzt.
Die Lamellen können scheibenförmig (geschlossene Scheibe) oder ringförmig (Kreisring mit innenliegendem Durchgang) ausgebildet sein. Das Blechpaket (Statorblechpaket oder Rotorblechpaket) kann eine Vielzahl an einzelnen Lamellen aufweisen. Die Lamellen (Blechlamellen) können aus Stahl ausgebildet sein. Die Lamellen können eine Dicke von 0,2 bis 0,5 mm (Millimeter) aufweisen.
Unabhängig davon kann (bei ringförmig ausgebildeten Lamellen) an der radialen Innenseite der Lamellen (sozusagen am Rand des Durchgangs) eine Vielzahl an Statorzähnen mit zwischenliegenden Nuten (Statornuten) ausgebildet sein. An den freien Enden der Statorzähne (radial inneres Ende) können die Statorzähne jeweils einen im Querschnitt erweiterten Kopfabschnitt aufweisen.
Vorzugsweise können im Lamellenstapel mehrere Durchgänge ausgebildet sein, die sich jeweils parallel zur Axialrichtung durch die Lamellen hindurch erstrecken, wobei zur Paketierung des Blechpakets in die Durchgänge jeweils ein Zuganker aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt, ist. Durch mehrere Durchgänge mit darin angeordneten Zugankern lässt sich eine stabilere und gleichmäßigere Befestigung der Lamellen aneinander erreichen. Die Durchgänge können an den Lamellen jeweils einander gegenüberliegend und/oder in Umfangsrichtung jeweils in gleichmäßigen Winkeln zueinander angeordnet. Bspw. können vier Durchgänge vorgesehen sein, die jeweils in einem Winkel von 90° zueinander versetzt angeordnet sind.
Vorzugsweise können der oder die Zuganker jeweils an beiden axialen Enden einen im Querschnitt bezogen auf den Durchgang erweiterten Endabschnitt aufweisen. Dies trägt zu einer stabilen Verbindung der Lamellen bei. Durch die vergleichsweise große Kontaktfläche können entsprechend große Kräfte übertragen werden.
Vorzugsweise kann der Lamellenstapel bzw. das Blechpaket an einer Außenseite mit Kunststoff umspritzt sein, wobei die Umspritzung einen Außenmantel bildet. Durch den Außenmantel aus Kunststoff kann eine Geräuschoptimierung beim Pressverband im Motorgehäuse erreicht werden. Dies führt zu vergleichsweise geringen Akustikemissionen.
Vorzugsweise kann der Lamellenstapel bzw. das Blechpaket an einer Innenseite mit Kunststoff umspritzt sein, wobei die Umspritzung einen Innenmantel bildet. Der Innenmantel kann zur Isolation eingesetzt werden. Zudem kann eine Stator-Rotorraum-Abdichtung realisiert werden.
Der Außenmantel und/oder der Innenmantel können jeweils hülsenförmig ausgebildet sein und sich insbesondere entlang der Axialrichtung erstrecken. Der Außenmantel und der Innenmantel können parallel, vorzugsweise konzentrisch, zueinander ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann an beiden axialen Enden des Lamellenstapels jeweils eine Stirnscheibe ausgebildet sein, die die jeweilige Stirnseite des Lamellenstapels zumindest abschnittsweise überdeckt, wobei die Stirnscheiben jeweils mit dem Innenmantel und/oder mit dem Außenmantel verbunden sind. Somit können Stirnscheiben in die Umspritzung integriert sein. Die Stirnscheiben können zur Isolation und zur Reduktion der Geräuschemission beitragen. Optional können Innenmantel und Außenmantel an einem oder beiden axialen Enden jeweils mittels der Stirnscheibe miteinander verbunden sein.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs gelöst. Hinsichtlich der Vorteile sei auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Blechpaket verwiesen.
Das Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets für einen Stator oder Rotor (Statorblechpaket oder Rotorblechpaket) weist folgende Schritte auf:

- Bereitstellen mehrerer Lamellen und Aufeinanderstapeln der Lamellen entlang einer Axialrichtung zu einem Lamellenstapel,
- Paketieren der Lamellen zu einem Blechpaket durch einen Transferpressprozess oder ein Spritzgussprozess, wobei die Lamellen zumindest teilweise umspritzt werden, und wobei in einen im Lamellenstapel ausgebildeten Durchgang, der sich parallel zur Axialrichtung durch die Lamellen erstreckt, ein Zuganker aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt wird. Somit können die Zuganker direkt beim Transferpressprozess oder Spritzgussprozess in den Lamellenstapel bzw. das Blechpaket eingebracht werden.

Bei dem herzustellenden bzw. hergestellten Blechpaket kann es sich insbesondere um ein Blechpaket wie voranstehend beschrieben handeln. Optional können das Lamellenpaket bzw. die Lamellen mehrere Durchgänge aufweisen, in die jeweils ein Zuganker aus Kunststoff eingebracht bzw. eingespritzt wird, wie oben zum Blechpaket beschrieben. Der oder die Zuganker können an beiden axialen jeweils einen erweiterten Endabschnitt aufweisen, wie oben beschrieben. Der bzw. die Endabschnitte können jeweils an den Zuganker angespritzt werden.
Der Lamellenstapel kann an einer Außenseite mit Kunststoff umspritzt werden, wobei die Umspritzung einen Außenmantel bildet. Der Lamellenstapel kann an einer Innenseite mit Kunststoff umspritzt werden, wobei die Umspritzung einen Innenmantel bildet. An den axialen Enden des Lamellenstapels kann jeweils eine Stirnscheibe ausgebildet werden, wie oben beschrieben.
Der Durchgang oder die Durchgänge können beim Herstellen der Lamellen, bspw. durch Stanzen oder Laserschneiden, direkt zusammen mit den Lamellen ausgebildet werden. Alternativ hierzu können der Durchgang bzw. die Durchgänge dann ausgebildet werden, wenn die Lamellen zu einem Lamellenstapel aufeinander gestapelt sind, bspw. durch Bohren.
Vorzugsweise können, insbesondere während oder nach einem Aufeinanderstapeln der Lamellen, zum Ausrichten der Lamellen relativ zueinander (Ausrichtung um die Axialrichtung) in die Nuten zwischen den Statorzähnen an der Innenseite der Lamellen ein oder mehrere Nutkerne eingebracht werden. Dadurch können die Lamellen (Einzelblechlamellen) korrekt zueinander ausgerichtet werden, indem die Nuten durch die sich bspw. parallel zur Axialrichtung erstreckenden Nutkerne miteinander in Flucht gebracht werden. Die gestapelten und ausgerichteten Lamellen können dann korrekt paketiert werden.
Vorzugsweise kann über die (eingebrachten oder einzubringenden) Nutkerne jeweils eine Flächenisolation eingeführt werden. Dadurch lässt sich in die Nuten, d.h. in die Bereiche zwischen den Statorzähnen, jeweils eine Flächenisolation einbringen. Indem die Flächenisolation gemeinsam mit den Nutkernen eingebracht wird, kann ein Prozessschritt eingespart werden. Dies optimiert die Herstellung des Blechpakets.
Vorzugsweise können die zu einem Lamellenstapel gestapelten Lamellen, insbesondere vor oder während dem Paketieren, entlang der Axialrichtung mit einer Druckkraft beaufschlagt werden, wobei die Druckkraft in einem am radial äußeren Rand liegenden Ringabschnitt der Lamellen bzw. des Lamellenstapels angreift und/oder wobei die Druckkraft in einem am radial inneren Ende der Statorzähne befindlichen Ringabschnitt angreift. Ein Beaufschlagen der Lamellen bzw. Lamellenstapel mit einer Druckkraft kann bspw. mit einer entsprechenden Spanneinrichtung im Spritzgusswerkzeug (Spritzgussprozess) oder Transferpresswerkzeug (Transferpressprozess) erfolgen. Eine (radial) optimierte Anordnung der Druckpunkte im Werkzeug führen zu einem gleichmäßigen Komprimieren der Lamellen und insbesondere der Stator-Zähne. Ein Auffächern des Blechpakets an seiner Innenseite bzw. im Bereich seines Innendurchmessers kann vermieden werden. Eine optimale Wahl der Druckpunkte in den angegebenen Bereichen trägt zu einer guten Maßhaltigkeit des Blechpakets bei.
Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zum Herstellen eines Blechpakets können die im Zusammenhang mit dem Blechpaket beschriebenen Maßnahmen dienen, die sich auch in verfahrensmäßiger Hinsicht lesen lassen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein Blechpaket gelöst, welches durch ein Verfahren wie voranstehend beschrieben hergestellt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt, jeweils schematisch,

1 eine Draufsicht (1 a) und eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Blechpakets (1 b),
2a-d Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Umspritzung des Blechpakets aus 1a und 1 b; und
3 eine Draufsicht auf das Blechpaket gemäß 1a mit gekennzeichneten Ringabschnitten als mögliche Positionen zum Angreifen mit einer Druckkraft.

In 1a ist eine Draufsicht und in 1b eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Blechpakets 10 dargestellt. Im Beispiel ist ein Blechpaket 10 für einen Stator einer elektrischen Maschine dargestellt, welches nachfolgend als „Statorblechpaket 10“ bezeichnet wird.
Das Statorblechpaket 10 ist aus mehreren Lamellen 12 gebildet, die entlang einer Axialrichtung 14 zu einem Lamellenstapel 16 aufeinander gestapelt sind. Im Beispiel sind im Lamellenstapel 16 vier Durchgänge 18 ausgebildet, die sich jeweils parallel zur Axialrichtung 14 durch die Lamellen 12 bzw. den Lamellenstapel 16 hindurch erstrecken (vgl. 1a). Zur Paketierung des Statorblechpakets 10 ist in die Durchgänge 18 jeweils ein Zuganker 20 aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt (vgl. 1b; zur Übersichtlichkeit sind lediglich zwei Zuganker 20 gezeigt).
Im Beispiel sind die Durchgänge 18 in Umfangsrichtung der Lamellen 12 gleichmäßig verteilt und jeweils in einem Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet. An der Innenseite 21 der Lamellen 12 ist eine Vielzahl an radial nach innen ragenden Statorzähnen 22 mit zwischenliegenden Nuten 24 ausgebildet. Am radial inneren Ende der Statorzähne 22 ist jeweils ein im Querschnitt erweiterter Kopfabschnitt 26 ausgebildet.
Die Zuganker 20 weisen an beiden axialen Enden jeweils einen im Querschnitt bezogen auf den Durchgang 18 bzw. den sich im Durchgang 18 erstreckenden Abschnitt 28 des Zugankers 20 erweiterten Endabschnitt 30 auf (vgl. 1b).
In den 2a bis 2d sind Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Umspritzung des Statorblechpakets 10 mit Kunststoff dargestellt.
2a zeigt eine erste Ausgestaltung, bei der der Lamellenstapel 16 an der Innenseite 21 mit Kunststoff umspritzt ist, wobei die Umspritzung einen Innenmantel 32 bildet. Zudem ist der Lamellenstapel 16 an einer Außenseite 23 mit Kunststoff umspritzt, wobei die Umspritzung einen Außenmantel 34 bildet.
An beiden axialen Enden des Lamellenstapels 16 ist jeweils eine Stirnscheibe 36 ausgebildet, die die jeweilige Stirnseite des Lamellenstapels 16 abschnittsweise überdeckt, wobei die Stirnscheiben 36 jeweils mit dem Innenmantel 32 verbunden sind. Somit ist eine nahezu vollständige Umspritzung geschaffen, wobei die Stirnscheiben 36 integriert sind. Außenmantel 34 und Innenmantel 32 sind nicht miteinander verbunden, um Spannungsrissen beim Entformen (Unmolding) vorzubeugen.
Der Außenmantel 34 und der Innenmantel 32 sind im Beispiel jeweils hülsenförmig ausgebildet und erstrecken sich entlang der Axialrichtung 14 (zur besseren Übersicht in 2 nicht eingezeichnet). Der Außenmantel 34 und der Innenmantel 32 sind im Beispiel konzentrisch zueinander angeordnet.
2b zeigt eine Ausgestaltung, die weitgehend der Ausgestaltung gemäß 2a entspricht, wobei die Stirnscheiben 36 weggelassen sind (keine Stirnscheiben integriert). Außenmantel 34 und Innenmantel 32 sind nicht miteinander verbunden.
2c zeigt eine Ausgestaltung, die weitgehend der Ausgestaltung gemäß 2a entspricht, wobei der Außenmantel 34 weggelassen ist. Eine Paketierung kann über den Innenmantel 32 erfolgen. Die Stirnscheiben 36 sind integriert.
2d zeigt eine Ausgestaltung, die weitgehend der Ausgestaltung gemäß 2a entspricht, wobei der Innenmantel 32 und der Außenmantel 34 jeweils mittels der Stirnscheiben 36 verbunden sind.
3 zeigt eine Draufsicht auf das Statorblechpaket 10 gemäß 1a mit gekennzeichneten Ringabschnitten 40, 42 als mögliche Positionen zum Angreifen mit einer Druckkraft.
Das Verfahren zum Herstellen eines Statorblechpakets 10 kann ablaufen wie oben beschrieben. Die zu einem Lamellenstapel 16 gestapelten Lamellen 12 können vor oder während dem Paketieren entlang der Axialrichtung 14 mit einer Druckkraft beaufschlagt werden, bspw. mit einer entsprechenden Spanneinrichtung, wie oben erläutert.
Die Druckkraft kann in einem am radial äußeren Rand liegenden Ringabschnitt 40 der Lamellen 12 bzw. des Lamellenstapels 16 und/oder in einem am radial inneren Ende der Statorzähne 22 befindlichen Ringabschnitt 42 angreifen, wie oben erläutert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016004633 A1 [0002]

Claims

Blechpaket (10) für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, wobei das Blechpaket (10) aus mehreren Lamellen (12) gebildet ist, die entlang einer Axialrichtung (14) zu einem Lamellenstapel (16) aufeinander gestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Lamellenstapel (16) ein Durchgang (18) ausgebildet ist, der sich parallel zur Axialrichtung (14) durch die Lamellen (12) hindurch erstreckt, wobei zur Paketierung des Blechpakets (10) in den Durchgang (18) ein Zuganker (20) aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt ist.
Blechpaket (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Lamellenstapel (16) mehrere Durchgänge (18) ausgebildet sind, die sich jeweils parallel zur Axialrichtung (14) durch die Lamellen (12) hindurch erstrecken, wobei zur Paketierung des Blechpakets (10) in die Durchgänge (18) jeweils ein Zuganker (20) aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt ist.
Blechpaket (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Zuganker (20) jeweils an beiden axialen Enden einen im Querschnitt bezogen auf den Durchgang (18) erweiterten Endabschnitt (30) aufweisen.
Blechpaket (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenstapel (16) an einer Außenseite (23) mit Kunststoff umspritzt ist, wobei die Umspritzung einen Außenmantel (34) bildet, und/oder dass der Lamellenstapel (16) an einer Innenseite (21) mit Kunststoff umspritzt ist, wobei die Umspritzung einen Innenmantel (32) bildet.
Blechpaket (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden axialen Enden des Lamellenstapels (16) jeweils eine Stirnscheibe (36) ausgebildet ist, die die jeweilige Stirnseite des Lamellenstapels (16) zumindest abschnittsweise überdeckt, wobei die Stirnscheiben (36) jeweils mit dem Innenmantel (32) und/oder mit dem Außenmantel (34) verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Blechpakets (10) für einen Stator oder Rotor einer elektrischen Maschine, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen mehrerer Lamellen (12) und Aufeinanderstapeln der Lamellen (12) entlang einer Axialrichtung (14) zu einem Lamellenstapel (16), - Paketieren der Lamellen (12) zu einem Blechpaket (10) durch einen Transferpressprozess oder einen Spritzgussprozess, wobei die Lamellen (12) zumindest teilweise umspritzt werden, und wobei in einen im Lamellenstapel (16) ausgebildeten Durchgang (18), der sich parallel zur Axialrichtung (14) durch die Lamellen (12) erstreckt, ein Zuganker (20) aus Kunststoff eingebracht, insbesondere eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausrichten der Lamellen (12) relativ zueinander in die Nuten (24) zwischen den Statorzähnen (22) an der Innenseite (21) der Lamellen (12) ein oder mehrere Nutkerne eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Nutkerne jeweils eine Flächenisolation eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu einem Lamellenstapel (16) gestapelten Lamellen (12) entlang der Axialrichtung (14) mit einer Druckkraft beaufschlagt werden, wobei die Druckkraft in einem am radial äußeren Rand liegenden Ringabschnitt (40) der Lamellen (12) angreift und/oder wobei die Druckkraft in einem am radial inneren Ende der Statorzähne (22) befindlichen Ringabschnitt (42) angreift
Blechpaket (10), hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9.