DE102021115531A1

DE102021115531A1 - Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE102021115531A1
Application number: DE102021115531.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Berendes; Stefan Oechslen
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine (2) innerhalb des Herstellungsprozesses der elektrischen Antriebsmaschine (2), umfassend die Schritte eines Bereitstellens (100) eines zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2), aufweisend einen Stator (6) mit einem Statorblechpaket (6a) und einem innerhalb des Statorblechpaketes (6a) angeordneten Hohlraum (12) zur Aufnahme eines Rotors (16) sowie ein zwischen dem Hohlraum (12) und dem Statorblechpaket (6a) angeordnetes Abdichtmittel (14) zum Abdichten des Hohlraums (12) gegenüber dem Statorblechpaket (6a) sowie eines Durchführens (200) einer zumindest teilweise automatisierten Dichtigkeitsprüfung zur Ermittlung der Dichtigkeit des Abdichtmittels (14) mittels eines Prüfaufbaus (40) wobei die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Prüfaufbau zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine. Zudem betrifft die Erfindung ein System, umfassend einen Prüfaufbau sowie ein zu prüfendes Teil einer elektrischen Antriebsmaschine.
Verfahren und Systeme zur Bestimmung einer Dichtigkeit von elektrischen Antriebsmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei ist es insbesondere bekannt, fertige und einbaubare Antriebsmaschinen vor deren Verwendung im Rahmen einer Qualitätskontrolle abschließend noch einer Dichtigkeitsprüfung zu unterziehen.
Allerdings sind Dichtigkeitsprüfungen an den fertigen Systemen relativ aufwändig und umständlich in der Durchführung. Zudem ist es nachteilig, dass bei der Detektion einer Leckage häufig der Ort der Leckage nicht exakt ermittelt werden kann. Schließlich ist es bei einer Detektion einer Leckage zur Abdichtung derselben notwendig, die gesamte Antriebsmaschine zu zerlegen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf konstruktiv einfache, kostengünstige und komfortable Weise eine zuverlässige Erkennung von Undichtigkeiten innerhalb einer elektrischen Antriebsmaschine zu ermitteln.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Prüfaufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfaufbau sowie dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine innerhalb des Herstellungsprozesses der elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen. Hierbei umfasst das Verfahren den Schritt eines
Bereitstellens eines zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine, wobei der zu prüfende Teil der elektrischen Antriebsmaschine einen Stator mit einem Statorblechpaket und einem innerhalb des Statorblechpaketes angeordneten Hohlraum zur Aufnahme eines Rotors sowie ein zwischen dem Hohlraum und dem Statorblechpaket angeordnetes Abdichtmittel zum Abdichten des Hohlraums gegenüber dem Statorblechpaket aufweist. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt eines Durchführens einer zumindest teilweise automatisierten Dichtigkeitsprüfung zur Ermittlung der Dichtigkeit des Abdichtmittels mittels eines Prüfaufbaus. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die zumindest teilweise automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine erfolgt.
Erfindungsgemäß ist also das Verfahren dafür ausgelegt, innerhalb eines Herstellungsprozesses einer elektrischen Antriebsmaschine eine Dichtigkeitsprüfung eines zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine über eine örtlich selektive Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine durchzuführen. Die spezifische Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere das Zusammenspiel der einzelnen Verfahrensschritte wird nachfolgend näher erläutert.
Durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb eines Herstellungsprozesses, umfassend eine zumindest teilweise automatisierte Dichtigkeitsprüfung ist es insbesondere möglich, das Verfahren ohne großen Aufwand und komfortabel durchzuführen und eine Leckage zuverlässig zu erkennen.
Zudem ist es auch möglich, eine erkannte Leckage schnell und unaufwändig abzudichten.
Das gegenständliche Verfahren ist vorzugsweise zur Prüfung eines direktgekühlten Stators geeignet. Vorteilhafterweise erfolgt die gemäß dem gegenständlichen Verfahren vorgesehene automatisierte Dichtigkeitsprüfung im Statorblechpaket, insbesondere im Bereich der radialen Abdichtung zwischen dem Statorblechpaket und dem angrenzend angeordneten Abdichtmittel. Unter dem Merkmal, dass das Verfahren innerhalb eines Herstellungsprozesses ausgeführt wird, wird im Rahmen der Erfindung insbesondere verstanden, dass das Verfahren während des Fertigungstaktes der elektrischen Antriebsmaschine durchgeführt wird, insbesondere in den Fertigungsakt integriert wird, was die bereits beschriebenen Vorteile einer einfachen und unaufwändigen Durchführung des Verfahrens sowie eine zuverlässige Detektion von Leckagen bewirkt. Unter einer zumindest teilweise automatisierten Dichtigkeitsprüfung kann im Rahmen der Erfindung insbesondere verstanden werden, dass zumindest einzelne (Teil-)Verfahrensschritte des übergeordneten Verfahrensschritts des Durchführens einer Dichtigkeitsprüfung automatisiert durchgeführt werden können. Unter einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere verstanden, dass in unterschiedlichen, voneinander separierbaren Teilen des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine unterschiedliche Drücke erzeugt werden können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die örtlich selektive Druckbeaufschlagung über das Einleiten eines Gases und/oder einer Flüssigkeit in den zu prüfenden Teil der elektrischen Antriebsmaschine erfolgt, wobei vorzugsweise das Statorblechpaket mittels eines Gases mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei das Gas insbesondere in Nuten zur Einführung von Statorwicklungen geleitet wird. Eine solche Ausführung bietet insbesondere eine einfach implementierbare Prüfung und gleichzeitig eine zuverlässige Erkennung von Leckagen. Hierbei kann eine automatisierte Dichtigkeitsprüfung vorzugsweise in einem Zustand erfolgen, in dem die Nuten zur Aufnahme von Wicklungen leer sind, allerdings ist es ebenso vorstellbar, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung in einem Zustand der elektrischen Antriebsmaschine erfolgt, in dem die Wicklungen in den Nuten angeordnet sind. Das Gas kann zudem vorzugsweise in Form von Luft oder einem chemisch inerten Gas, wie bspw. Helium gebildet sein. Es versteht sich, dass es gegenständlich ebenso denkbar ist, dass das Statorblechpaket mittels einer Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei die Flüssigkeit in die Nuten zur Einführung von Statorwicklungen geleitet wird und der Rotorraum mit einem Gas gefüllt ist.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn das Abdichtmittel einen Liner und zumindest einen Stützring aufweist, wobei das Abdichtmittel vorzugsweise mit dem Stator verbunden ist, insbesondere über den Stützring mit dem Stator verbunden ist. Hierbei kann das Abdichtmittel teilweise direkt und/oder teilweise über den Stützring bzw. die Stützringe mit dem Stator verbunden sein. Auf diese Weise ist eine gleichzeitig stabile und zuverlässig abdichtende Struktur generierbar. Der Liner kann hierbei bspw. in Form eines faserverstärkten Materials, vorzugsweise in Form eines faserverstärkten Kunststoffes, insbesondere in Form eines Glasfaserverbundstoffs oder dergleichen gebildet sein. So ist es möglich, den Liner sehr dünn und gleichzeitig stabil auszugestalten. Der Stützring kann bspw. ebenfalls aus einem Kunststoff gebildet sein und zusätzlichen Schutz bzw. eine zusätzliche Stabilität bewirken. Die zusätzliche Stabilität kann hierbei vorzugsweise durch eine Verlängerung des Stators axial im Bereich unterhalb eines oder beider Wickelköpfe erzielt werden.
Ferner bringt es Vorteile mit sich, wenn die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels eines Gases und einer Flüssigkeit erfolgt, wobei vorzugsweise das Statorblechpaket mittels eines Gases mit einem Druck beaufschlagt wird und der Hohlraum mittels einer Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei insbesondere der Druck des Gases größer ist, als der Druck der Flüssigkeit. Eine derartige Ausführung ermöglicht hierbei vor allem eine schelle, einfache und zuverlässige Erkennung einer Leckage innerhalb einer elektrischen Antriebsmaschine. Das Gas kann - wie bereits beschrieben - vorzugsweise in Form von Luft oder einem chemisch inerten Gas, wie bspw. Helium gebildet sein, die Flüssigkeit kann bspw. in Form von Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, wie Isopropanol oder dergleichen gebildet sein. Die Verwendung einer Flüssigkeit in Form einer Reinigungsflüssigkeit, wie bspw. Isopropanol bringt zudem die Vorteile mit sich, dass der Schritt einer Dichtigkeitsprüfung mit einem Reinigungsvorgang verbunden werden kann. Das zwischen dem Gas und der Flüssigkeit einstellbare Druckverhältnis (in Absolutdrücken) kann bspw. mehr als das 3-fache, vorteilhafterweise mind. das 4-fache (P_{Gas/PFlüssigkeit} > 4), insbesondere mind. das 10-fache (P_Gas/P_Flüssigkeit > 10) betragen. Hierbei bietet es sich an, wenn die Flüssigkeit lediglich den immanenten hydrostatischen Druck ausübt, der sich über die Füllhöhe der Flüssigkeit bestimmt. Es versteht sich hierbei, dass auch vorgesehen sein kann, dass das Statorblechpaket mittels der Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird und der innerhalb des Stators angeordnete Hohlraum zur Anordnung eines Rotors mit einem Gas beaufschlagt wird.
Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels optischer Detektion erfolgt, vorzugsweise über die Detektion von Gasblasen in einer Flüssigkeit. Durch diese Art der Detektion wird - insbesondere bei einer hohen Druckdifferenz bzw. aufgrund der hohen Dichtedifferenz zwischen Gas und Flüssigkeit - eine besonders schnelle und unaufwändige, aber auch zuverlässige Art der Detektion einer Leckage ermöglicht.
Ebenso ist es gegenständlich im Hinblick auf eine einfache und unaufwändige Detektion einer Leckage vorstellbar, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels akustischer Detektion erfolgt, vorzugsweise über die akustische Wahrnehmung eines ausströmenden Gases, insbesondere mittels eines sensitiven Mikrofons. Neben einer rein akustischen Detektion kann auch eine Leck-Detektion mittels eines Leckdetektors oder dergleichen erfolgen. Der Leckdetektor kann bspw. auf ein spezifisches Gas, wie bspw. Helium sensibilisiert sein. Im Rahmen einer Leck-Detektion mittels Leckdetektors kann dabei vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein Teil des Teils der elektrischen Antriebsmaschine evakuiert wird. Neben einer akustischen Detektion ist es zudem denkbar, ein Leck nach einer Druckbeaufschlagung über ein Gas, mittels eines Druckmessgerätes über einen Druckverlust über die Zeit zu detektieren.
Ebenso ist es im Rahmen eines zumindest teilweise automatisierbaren Verfahrens denkbar, dass die Dichtigkeitsprüfung das Einsetzen des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine in einen Prüfaufbau umfasst, wobei der zu prüfende Teil der elektrischen Antriebsmaschine vorzugsweise in eine untere Abdichtvorrichtung eingesetzt wird. Hierbei kann der zu prüfende Teil der elektrischen Antriebsmaschine vorzugsweise abgedichtet in die untere Abdichtvorrichtung eingesetzt werden, wobei der zu prüfende Teil der elektrischen Antriebsmaschine und/oder die untere Abdichtvorrichtung vorzugsweise mittels Fixiermitteln fixiert werden können. Die Fixiermittel können dabei im Hinblick auf eine stabile Befestigung vorzugsweise in Form von gegenüberliegend voneinander angeordneten winkelförmigen Fixierelementen ausgebildet sein.
Weitere Vorteile bringt es ferner mit sich, wenn die Dichtigkeitsprüfung das Aufnehmen des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine in eine obere Abdichtvorrichtung aufweist, wobei die obere Abdichtvorrichtung bei der Aufnahme des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine vorzugsweise abdichtend zur unteren Abdichtvorrichtung in den Prüfaufbau eingesetzt wird, insbesondere mittels einer pneumatischen Aktuatorik eingesetzt wird. Auf diese Weise wird insbesondere eine einfache und zugleich zuverlässige Abdichtung eines zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine gewährleistet. Die obere Abdichtvorrichtung kann hierbei insbesondere in Form einer Abdichtglocke ausgebildet sein, die manuell oder automatisiert mittels eines Greifarms oder dergleichen über den zu prüfenden Teil der elektrischen Antriebsmaschine gestülpt werden kann. Über die Anordnung eines Sichtfensters in der oberen Abdichtvorrichtung ist insbesondere eine einfache optische Detektion einer Leckage möglich.
Schließlich kann es im Hinblick auf eine schnelle, einfache, zuverlässige und komfortable Detektion einer Leckage innerhalb einer elektrischen Antriebsmaschine ferner von Vorteil sein, wenn die Dichtigkeitsprüfung einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst:

- ein Druckbeaufschlagen des Statorblechpaketes mittels eines Gases, vorzugsweise der Nuten zur Einführung der Statorwicklungen, insbesondere mittels Druckluft,
- ein Druckbeaufschlagen des Hohlraums mittels einer Flüssigkeit, vorzugsweise mittels Wasser oder Isopropanol,
- ein Detektieren einer Leckage, wobei die Detektion in Form einer optischen Detektion oder einer akustischen Detektion erfolgt,
- ein Identifizieren der Qualität des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine, vorzugsweise des Abdichtmittels,
- ein Druckablassen mittels Ablassens des Gases und/oder der Flüssigkeit,
- ein Markieren einer Leckagestelle,
- ein Entfernen der oberen Abdichtvorrichtung,
- ein Entnehmen des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine.

Das Druckbeaufschlagen kann hierbei vorzugsweise über entsprechende Mittel zur Druckbeaufschlagung, wie Schlauchanschlüsse mit Wasser- oder Druckluftversorgung bzw. Gasanschlüssen für Heliumgasversorgung erfolgen. Das Detektieren einer Leckage kann im Rahmen einer optischen Detektion ferner über eine einfache Sichtprüfung bspw. über ein Sichtfenster oder dergleichen erfolgen, durch das bspw. das Aufsteigen von Gasblasen in einer Flüssigkeit detektiert werden kann. Ebenso kann im Rahmen einer akustischen Detektion eine Leckage mit Hilfe eines sensitiven Mikrofons oder dergleichen detektiert werden, das vorzugsweise in einem charakteristischen Frequenzband für eine Leckage messen kann. Ebenso ist eine Detektion über die Verwendung eines helium-sensitiven Sensors denkbar. Im Rahmen einer Identifizierung einer Qualität des zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine kann insbesondere zwischen einem ersten Zustand, der die Dichtigkeitsanforderungen erfüllt und einem zweiten Zustand der die Dichtigkeitsanforderungen nicht erfüllt, unterschieden werden.
Es versteht sich, dass die im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen obligatorischen und optionalen Verfahrensschritte in der vorgegebenen Reihenfolge aber auch - wenn sinnvoll - in anderer Reihenfolge durchgeführt werden können. Es versteht sich zudem, dass einzelne, mehrere oder alle Verfahrensschritte wahlweise wiederholt, bspw. zyklisch wiederholt ausgeführt werden können. Des Weiteren ist es denkbar, dass einzelne, mehrere oder alle Verfahrensschritte wahlweise automatisiert ausgeführt werden können. Schließlich ist es ebenso vorstellbar, dass einzelne, mehrere oder alle Verfahrensschritte mittels eines Computers implementierbar sind.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Prüfaufbau zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine, vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche. Hierbei umfasst der erfindungsgemäße Prüfaufbau eine untere Abdichtvorrichtung zur Aufnahme eines zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine, eine obere Abdichtvorrichtung zur Aufnahme des zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine, eine Mehrzahl von Fixierelementen zur Fixierung der unteren Abdichtvorrichtung und/oder der oberen Abdichtvorrichtung und/oder des zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine sowie Mittel zur Erzeugung einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine, um eine zumindest teilweise automatisierte Dichtigkeitsprüfung durchzuführen. Damit bringt der erfindungsgemäße Prüfaufbau die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert worden sind. Die untere Abdichtvorrichtung kann dabei vorzugsweise in einem Gestell bzw. auf einem Labortisch oder dergleichen angeordnet, vorzugsweise befestigt sein. Auf dem Gestell bzw. dem Tisch können ferner auch die Fixiermittel angeordnet bzw. befestigt sein, die vorzugsweise in Form von winkelförmigen Fixiermitteln ausgebildet sein können. Vorteilhafterweise können jeweils zwei Fixiermittel derselben Höhe beabstandet und gegenüberliegend voneinander angeordnet sein, sodass verschiedene Elemente, bspw. die untere Abdichtvorrichtung und/oder die obere Abdichtvorrichtung und/oder der zu prüfende Teil einer Antriebsmaschine mittels der Fixiermittel fixiert werden können. Die obere Abdichtvorrichtung kann zudem vorzugsweise in Form einer Glocke oder dergleichen ausgebildet sein und zur Abdichtung über das zu prüfende Teil einer Antriebsmaschine gestülpt werden. Hierbei kann bspw. in einem oberen Flansch der oberen Abdichtvorrichtung ein Sichtfenster, bspw. aus einem optisch transparenten Kunststoff oder dergleichen angeordnet sein, über das eine optische Detektion einer Leckage erfolgen kann. Die Mittel zur Druckbeaufschlagung können zudem bspw. in Form von Schlauchanschlüssen mit Wasser- oder Druckluftversorgung bzw. Gasanschlüssen für Heliumgasversorgung oder dergleichen gebildet sein.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein System zur Durchführung einer Dichtigkeitsprüfung einer elektrischen Antriebsmaschine, vorzugsweise eines voranstehend beschriebenen Verfahrens. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße System einen voranstehend beschriebenen Prüfaufbau und einen zu prüfenden Teil einer elektrischen Antriebsmaschine. Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bzw. den erfindungsgemäßen Prüfaufbau beschrieben worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen schematisch:

1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zu prüfenden Teils einer elektrischen Antriebsmaschine in einer Schnittdarstellung (links) sowie einer perspektivischen Darstellung (rechts),
2 die Ausführungsform des erfindungsgemäßen zu prüfenden Teils der elektrischen Antriebsmaschine gemäß 1 in Schnittdarstellung gemeinsam mit den eingezeichneten Richtungen der durch Druckbeaufschlagung auf den zu prüfenden Teil entstehenden Kräfte,
3a-h einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine.

1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 in einer Schnittdarstellung (links) sowie einer perspektivischen Darstellung (rechts).
Wie gemäß 1 erkennbar ist, weist der zu prüfende Teil 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 vorliegend einen Stator 6 sowie ein Abdichtmittel 14 zum Abdichten des Stators 6 auf. Der Stator 6, umfasst hierbei ein Statorblechpaket 6a und einen innerhalb des Statorblechpaketes 6a angeordneten Hohlraum 12 zur Aufnahme eines Rotors 16. Innerhalb des Statorblechpaketes 6a sind zudem Nuten 10 für die Einführung von Statorwicklungen angeordnet. Das zwischen dem Hohlraum 12 und dem Statorblechpaket 6a angeordnete Abdichtmittel 14 ist dabei zum Abdichten des Hohlraums 12 gegenüber dem Statorblechpaket 6a vorgesehen und weist einen Liner 14a als Dichtmittel sowie einen unmittelbar an dem Statorblechpaket 6a angeordneten Stützring 14b zur Stützung auf.
2 zeigt die Ausführungsform des erfindungsgemäßen zu prüfenden Teils 2` der elektrischen Antriebsmaschine 2 gemäß 1 in Schnittdarstellung gemeinsam mit den eingezeichneten Richtungen der durch Druckbeaufschlagung auf den zu prüfenden Teil 2' entstehenden Kräfte.
Wie gemäß 2 dargestellt, wirkt einmal eine Kraft aus dem Hohlraum 12 nach außen zu den Nuten 10. Gleichzeitig wirkt eine Kraft von den Nuten 10 nach Innen in den Hohlraum 12. Die Kraft aus dem Hohlraum nach außen ist vorliegend deutlich kleiner, als die Kraft von den Nuten 10 nach innen in den Hohlraum 12, was über die Größe der Pfeile repräsentiert wird.
Die Kräfte von innen aus dem Hohlraum 12 nach außen zu den Nuten 10 resultieren vorliegend aus einer Druckbeaufschlagung des Hohlraums 12 über das Befüllen des Hohlraums 12 mit einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser. Die Kräfte von außen aus den Nuten 10 in den Hohlraum 12 resultieren dagegen aus einer Druckbeaufschlagung der Nuten 10 über das Befüllen der Nuten 10 mit einem Gas, wie Luft oder Helium unter hohem Druck. Durch die hohe Kraft- bzw. Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck aus den Nuten 10 und dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit aus dem Hohlraum 12 kann man bei einer Leckage innerhalb des Abdichtmittels 14 Gasblasen aus den Nuten 10 in den mit Flüssigkeit befüllten Hohlraum 12 eindringen sehen. Auf diese Weise ist eine einfache und zuverlässige Leckageerkennung innerhalb eines Abdichtmittels 14 eines zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 möglich.
3a-h zeigen schließlich einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine 2.
Nach einem erfindungsgemäß vorgesehenen und vorliegend nicht dargestellten Bereitstellen 100 eines zu prüfenden Teils 2` der elektrischen Antriebsmaschine 2 erfolgen in den 3a-h dargestellt, die einzelnen Schritte des übergeordneten Verfahrensschrittes der Durchführung 200 einer zumindest teilweise automatisierten Dichtigkeitsprüfung.
Im ersten Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3a erfolgt hierbei zunächst ein Einsetzen 210 des zu prüfenden Teils 2` der elektrischen Antriebsmaschine 2 in den Prüfaufbau 40. Hierbei wird der zu prüfende Teil 2` der elektrischen Antriebsmaschine 2 abdichtend in die untere Abdichtvorrichtung 42 eingesetzt. Eine Fixierung des zu prüfenden Teils 2' bzw. der unteren Abdichtvorrichtung 42 kann hierbei vorzugsweise über die Fixiermittel 46 erfolgen. Die Fixiermittel 46 sind vorliegend in Form von winkelförmigen Fixiermitteln 46 ausgebildet, von denen jeweils zwei Fixiermittel 46, die dieselbe Höhe h (h₁ bzw. h₂) aufweisen diagonal gegenüberliegend voneinander angeordnet sind. Neben der unteren Abdichtvorrichtung 42 und den Fixiermitteln 46 weist der Prüfaufbau 40 einen Tisch 50 zur Aufnahme der unteren Abdichtvorrichtung 42 und der Fixiermittel 46 sowie einen Greifarm 52 zur Bewegung einer oberen Abdichtvorrichtung 44 auf.
Im zweiten Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3b erfolgt das Aufnehmen 220 des zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 in eine obere Abdichtvorrichtung 44. Die obere Abdichtvorrichtung 44 wird hierbei bei der Aufnahme des zu prüfenden Teils 2' abdichtend zur unteren Abdichtvorrichtung 42 in den Prüfaufbau 40 eingesetzt. Für eine einfache und zuverlässige Abdichtung kann dabei vorzugsweise eine pneumatischen Aktuatorik eingesetzt werden.
Im dritten Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3c erfolgt dann ein Fixieren 230 der oberen Abdichtvorrichtung 44 mittels der Fixiermittel 46, wobei die winkelförmigen Fixiermittel 46 hierzu bspw. in eine Nut der oberen Abdichtvorrichtung 44 eingreifen bzw. einrasten können.
Im vierten Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3d erfolgt ferner ein Druckbeauschlagen 240 von Teilen des zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 mit Hilfe von entsprechenden Mitteln 48 zur Druckbeaufschlagung. Wie gemäß 3d erkennbar ist, erfolgt die Druckbeaufschlagung 240 des Hohlraums 12 des zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 vorliegend in Form einer Druckbeaufschlagung 240a
mit Hilfe eines Mittels 48a zur Druckbeaufschlagung mit einer Flüssigkeit, wohingegen die Druckbeaufschlagung 240 des Statorblechpaketes 6a des zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2 vorliegend in Form einer Druckbeaufschlagung 240b mit Hilfe eines Mittels 48b zur Druckbeaufschlagung mit einem Gas erfolgt. Die Flüssigkeit kann vorliegend in Form von Wasser und das Gas in Form von Luft gebildet sein.
Im fünften Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3e erfolgt dann ein Detektieren 250 einer Leckage, vorliegend in Form eines Detektierens 250a einer Leckage mittels optischer Detektion. Im Rahmen einer solchen optischen
Detektion 250a wird eine Leckage vorliegend über das Detektieren eines Eindringens von Luftblasen an einer Leckagestelle 30 aus dem Statorblechpaket 6a (insbesondere den Nuten 10) in den mit Wasser gefüllten Hohlraum 12 ermittelt. Eine solche optische Detektion 250a kann bspw. über ein innerhalb der oberen Abdichtvorrichtung 44 angeordnetes Sichtfenster ermöglicht werden.
Alternativ zu einem Detektieren 250 einer Leckage mittels optischer Detektion 250a ist es auch möglich eine Leckage innerhalb eines zu prüfenden Teils 2` einer elektrischen Antriebsmaschine 2, insbesondere innerhalb eines Abdichtmittels 14 über eine akustische Detektion 250b zu ermitteln. In einem solchen Fall würde vorzugsweise lediglich ein Druckbeaufschlagen 240a des Statorblechpaketes 6a mittels eines Gases vorgenommen werden, sodass ein in den Hohlraum 12 ausströmendes Gas bspw. über ein sensitives Mikrofon oder dergleichen detektiert werden kann.
Im sechsten Verfahrensschritt der Dichtigkeitsprüfung gemäß 3f erfolgt nach einem Druckablassen 270 über das Ablassen des Gases aus dem Statorblechpaket 6a und dem Ablassen der Flüssigkeit aus dem Hohlraum 12 vorliegend ein Markieren einer aufgefundenen Leckagestelle 30.
Anschließend erfolgt in einem siebten Verfahrensschritt gemäß der 3g und 3h ein Entfernen 290 der oberen Abdichtvorrichtung 44, wobei in 3g zunächst die Fixiermittel 46, mit denen die obere Abdichtvorrichtung 44 fixiert war, gelöst werden, bevor anschließend die obere Abdichtvorrichtung 44 gemäß Figure 3h mit Hilfe des Greifarms 52 nach oben gezogen wird.
Abschließend kann dann ein vorliegend nicht dargestelltes Entnehmen 300 des zu prüfenden Teils 2` der elektrischen Antriebsmaschine 2 erfolgen.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine (2) innerhalb des Herstellungsprozesses der elektrischen Antriebsmaschine (2), umfassend die Schritte: - Bereitstellen (100) eines zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2), aufweisend einen Stator (6) mit einem Statorblechpaket (6a) und einem innerhalb des Statorblechpaketes (6a) angeordneten Hohlraum (12) zur Aufnahme eines Rotors (16) sowie ein zwischen dem Hohlraum (12) und dem Statorblechpaket (6a) angeordnetes Abdichtmittel (14) zum Abdichten des Hohlraums (12) gegenüber dem Statorblechpaket (6a), - Durchführen (200) einer zumindest teilweise automatisierten Dichtigkeitsprüfung zur Ermittlung der Dichtigkeit des Abdichtmittels (14) mittels eines Prüfaufbaus (40), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich selektive Druckbeaufschlagung über das Einleiten eines Gases und/oder einer Flüssigkeit in den zu prüfenden Teil (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) erfolgt, wobei vorzugsweise das Statorblechpaket (6a) mittels eines Gases mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei das Gas insbesondere in Nuten (10) zur Einführung von Statorwicklungen geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdichtmittel (14) einen Liner (14a) und zumindest einen Stützring (14b) aufweist, wobei das Abdichtmittel (14) vorzugsweise mit dem Stator (6) verbunden ist, insbesondere über den Stützring (14b) oder die Stützringe (14b) mit dem Stator (6) verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels eines Gases und einer Flüssigkeit erfolgt, wobei vorzugsweise das Statorblechpaket (6a) mittels eines Gases mit einem Druck beaufschlagt wird und der Hohlraum (12) mittels einer Flüssigkeit mit einem Druck beaufschlagt wird, wobei insbesondere der Druck des Gases größer ist, als der Druck der Flüssigkeit.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels optischer Detektion erfolgt, vorzugsweise über die Detektion von Gasblasen in einer Flüssigkeit.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels akustischer Detektion erfolgt, vorzugsweise über die akustische Wahrnehmung eines ausströmenden Gases, insbesondere mittels eines sensitiven Mikrofons.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die automatisierte Dichtigkeitsprüfung mittels eines gassensitiven Sensors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtigkeitsprüfung das Einsetzen (210) des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) in einen Prüfaufbau (40) umfasst, wobei der zu prüfende Teil (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) vorzugsweise in eine untere Abdichtvorrichtung (42) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtigkeitsprüfung das Aufnehmen (220) des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) in eine obere Abdichtvorrichtung (44) aufweist, wobei die obere Abdichtvorrichtung (44) bei der Aufnahme des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2) vorzugsweise abdichtend zur unteren Abdichtvorrichtung (42) in den Prüfaufbau (40) eingesetzt wird, insbesondere mittels einer pneumatischen Aktuatorik eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtigkeitsprüfung einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: - Druckbeaufschlagen (240a) des Statorblechpaketes (6a) mittels eines Gases, vorzugsweise der Nuten (10) zur Einführung der Statorwicklungen, insbesondere mittels Druckluft, - Druckbeaufschlagen (240b) des Hohlraums (12) mittels einer Flüssigkeit, vorzugsweise mittels Wassers oder Isopropanols, - Detektieren (250) einer Leckage, wobei die Detektion (250) in Form einer optischen Detektion (250a) oder einer akustischen Detektion (250b) oder einer Detektion mittels eines gassensitiven Sensors erfolgt, - Identifizieren (260) der Qualität des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2), vorzugsweise des Abdichtmittels (14), - Druckablassen (270) mittels Ablassens des Gases und/oder der Flüssigkeit, - Markieren (280) einer Leckagestelle (30), - Entfernen (290) der oberen Abdichtvorrichtung, - Entnehmen (300) des zu prüfenden Teils (2`) der elektrischen Antriebsmaschine (2).
Prüfaufbau (40) zur Bestimmung der Dichtigkeit einer elektrischen Antriebsmaschine (2), vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine untere Abdichtvorrichtung (42) zur Aufnahme eines zu prüfenden Teils (2`) einer elektrischen Antriebsmaschine (2), eine obere Abdichtvorrichtung (44) zur Aufnahme des zu prüfenden Teils (2`) einer elektrischen Antriebsmaschine (2), eine Mehrzahl von Fixierelementen (46) zur Fixierung der unteren Abdichtvorrichtung (42) und/oder der oberen Abdichtvorrichtung (44) und/oder des zu prüfenden Teils (2`) einer elektrischen Antriebsmaschine (2) sowie Mittel (48) zur Erzeugung einer örtlich selektiven Druckbeaufschlagung des zu prüfenden Teils (2`) einer elektrischen Antriebsmaschine (2), um eine zumindest teilweise automatisierte Dichtigkeitsprüfung durchzuführen.
System zur Durchführung einer Dichtigkeitsprüfung einer elektrischen Antriebsmaschine (2), vorzugsweise eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend einen Prüfaufbau (40) nach Anspruch 11 und einen zu prüfenden Teil (2`) einer elektrischen Antriebsmaschine (2).