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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Rotors sowie eine elektrische Maschine mit einem Stator und/oder Rotor, hergestellt nach einem solchen Verfahren.
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Spritzgussverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, bspw. aus
DE 19751 236 A1 oder
US 4 983 336 A. Dabei wird ein Kunststoff, meist ein Duromer, aus einem Granulat aufgeschmolzen und mittels einer Förderschnecke im flüssigen Zustand in eine Negativform gepresst, die dem gewünschten Werkstück entspricht. Anschließend kann der Kunststoff abkühlen und das fertige Werkstück entnommen werden.
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Derartige Verfahren können auch zum Umspritzen eingesetzt werden. Dabei wird ein, meist metallisches, Werkstück in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt und mit dem aufgeschmolzenen Kunststoff umspritzt. Nach dem Abkühlen des Kunststoffs bildet dieser eine Schicht auf dem Werkstück („Überzug“).
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Bei der Herstellung von Statoren oder Rotoren kann ein derartiges Umspritzen zum Einsatz kommen. Dabei kann ein Stator oder Rotor bspw. zu Isolationszwecken mit einem Duromer umspritzt werden.
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In einem Spritzguss-/Umspritzungsprozess kommt es aufgrund der über die Zeit stattfindenden Vernetzung (Abkühlung) vom Duromermolekülen zu einer unvermeidlichen Schwindung des Materials. Dies kann zu Spannungen und somit zu einer hohen Belastung innerhalb der Duromer-Umspritzung führen, wodurch diese frühzeitig versagen kann. Aufgrund der durch die Schwindung verursachten Spannungen können sich Spannungsrisse ausbilden.
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Dieser Effekt tritt bei Werkstücken, die komplett aus einem Duromer (mithin also aus einem Material) bestehen, nicht auf, da das Werkstück frei schwinden kann und Spannungen abgebaut werden können. Bei einer Umspritzung eines Stators oder Rotors, kann die Duromermasse nicht frei schwinden, wodurch es zu besagten Spannungen im Werkstück kommt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Rotors und eine elektrische Maschine mit einem Stator und/oder Rotor, hergestellt nach einem derartigen Verfahren, anzugeben, bei denen die durch die Schwindung verursachten Spannungen vermieden oder zumindest weitgehend reduziert werden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Rotors nach Anspruch 1 und eine elektrische Maschine mit einem Stator oder Rotor nach Anspruch 9 gelöst.
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Das Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Rotors für eine elektrische Maschine, weist die folgenden Schritte auf:
- Es erfolgt ein Bereitstellen eines Stator- oder Rotorblechpakets, bestehend aus einer Vielzahl von einzelnen scheibenförmigen Elementen. Dabei bilden die scheibenförmigen Elemente in Ihrer Gesamtheit das Stator- oder Rotorblechpaket. Insbesondere weist das Stator- oder Rotorblechpaket eine zylindrische bzw. hohlzylindrische Form auf. Insbesondere ist das Stator- oder Rotorblechpaket länglich erstreckt.
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Hiernach erfolgt ein Platzieren des Stator- oder Rotorblechpakets in einem Spritzgusswerkzeug.
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Hiernach erfolgt ein Ausüben und Halten einer auf das Stator- oder Rotorblechpaket wirkenden Kraft mittels eines Presswerkzeugs, um das Stator- oder Rotorblechpaket zusammenzupressen und zusammengepresst zu halten. Hierdurch wird insbesondere eine Flächenpressung erzeugt, welche ausreicht, um ein Austreten der Formmasse aus dem Spritzgusswerkzeug bzw. dem Presswerkzeug zu verhindern. Dabei ist mit Zusammenpressen insbesondere ein Stauchen entlang der Mittellängsachse des Stator- oder Rotorblechpakets gemeint. Insbesondere wird dabei das Stator- oder Rotorblechpaket entlang der Mittellängsachse (vor-) gespannt.
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Das Presswerkzeug kann ein Teil des Spritzgusswerkzeugs (bzw. Teil einer Spritzgussform) bilden (bspw. bei einer kombinierten Press- und Spritzgusseinrichtung) oder separat ausgebildet sein.
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Zwischen dem zusammengepressten Stator- oder Rotorblechpaket und dem Spritzgusswerkzeug und/oder dem Presswerkzeug ist mindestens eine Kavität vorhanden. Mit der Kavität ist insbesondere der (noch leere) Zwischenraum zwischen dem Stator- oder Rotorblechpaket und dem Spritzgusswerkzeug und/oder dem Presswerkzeug gemeint.
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Nach dem Zusammenpressen erfolgt ein Zuführen einer fließfähigen Formmasse in das Spritzgusswerkzeug, um die Kavität auszufüllen (Füllphase). Dabei ist die Formmasse insbesondere heiß und flüssig.
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Nach dem Zuführen der Formmasse erfolgt ein Verringern der mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübten Kraft. Beim Verringern des Drucks federt das Stator- oder Rotorblechpaket zumindest teilweise wieder auseinander. Insbesondere wird das mittels des Presswerkzeugs (vor-) gespannte Stator- oder Rotorblechpaket durch das Verringern der mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübten Kraft wieder entspannt.
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Hierdurch können die durch die Schwindung verursachten Spannungen und damit zusammenhängenden Spannungsrisse vermieden oder zumindest reduziert werden. Zudem sind geringe (kurze) Prozesszeiten und eine hohe Qualität des (umspritzten) Stator- oder Rotorblechpakets erreichbar. Des Weiteren sind lange Geometrien mit geringen Wandstärken (filigrane Strukturen) des Stator- oder Rotorblechpakets realisierbar. Das Verwenden von (dünnen) filigranen Strukturen resultiert in einer Gewichtsreduzierung des Stator- oder Rotorblechpakets.
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Die Schwindung der Formmasse entsteht beim Abkühlen der Formmasse. Beim Abkühlen findet eine Vernetzung der Formmassenmoleküle statt, was zu einer Volumenreduzierung der Formmasse führt. Dies findet während oder nach der Füllphase (Füllung der Kavität mit der heißen und flüssigen Formmasse) statt. Da die heiße und flüssige Formmasse bereits bei erstem Kontakt mit dem (kühleren) Stator- oder Rotorblechpaket oder dem (kühleren) Spritzgusswerkzeug Temperatur abgibt, kühlt zumindest ein Teil der Formmasse bereits während der Füllphase ab.
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Mit anderen Worten, ein erstes Abkühlen der Formmasse findet bereits beim ersten Kontakt mit dem Spritzgusswerkzeug bzw. dem Stator- Rotorblechpaket statt, da diese Elemente in der Regel nicht die hohe Temperatur der flüssigen Formmasse aufweisen.
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Das Verfahren kann zusätzliche Schritte, wie z. B. ein Einbringen von Leiterstücken bzw. Wicklungen in den Stator oder Rotor und/oder ein elektrisches Verbinden der Leiterstücke bzw. Wicklungen gemäß einem gewünschten Schaltungsschema, umfassen.
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Vorzugsweise kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft verringert werden, sobald die Kavität vollständig mit der Formmasse befüllt ist.
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Vorzugsweise kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft verringert werden, bevor die Formmasse vollständig vernetzt ist. Insbesondere findet die Verringerung der Kraft bzw. des Drucks des Presswerkzeugs bei gering vernetzter Formmasse statt. Insbesondere wird die Formmasse dadurch gedehnt, allerdings entstehen dabei nur geringe Kräfte, da eine nur gering (insbesondere nicht vollständig) vernetzte Formmasse vorliegt.
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Vorzugsweise kann das Stator- oder Rotorblechpaket mittels des Presswerkzeugs derart zusammengepresst werden, dass keine Formmasse zwischen die einzelnen scheibenförmigen Elemente des Stator- oder Rotorblechpakets gelangen kann. Dies kann insbesondere vor einem Zuführen der Formmasse geschehen. Die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft muss hierfür entsprechend groß sein. Insbesondere da die Formmasse mit einem gewissen Druck in die Kavität zugeführt wird, soll das Zusammenpressen des Stator- oder Rotorblechpakets verhindern, dass Formmasse zwischen die scheibenförmigen Elemente und/oder aus der Kavität gelangt (gedrückt wird).
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Vorzugsweise kann nach einem Abkühlen oder während des Abkühlens der Formmasse ein Nachdrücken von (weiterer) Formmasse erfolgen, um geschwundenes Volumen der (in die Kavität eingebrachten und bereits) abgekühlten Formmasse wieder aufzufüllen (auszugleichen). Das Nachdrücken (Nachdrückphase) dient insbesondere der Schwindungskompensation. Mit anderen Worten, beim Nachdrücken wird zusätzliche Formmasse in das Spitzwerkzeug (bzw. die Kavität) zugeführt. Durch das Nachdrücken kann ein Ausdünnen der Wandstärke der Formmasse verhindert werden. Die Nachdrückphase kann sich direkt an die Füllphase anschließen oder zeitlich beabstandet von der Füllphase sein.
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Vorzugsweise kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft während des Nachdrückens verringert werden. Insbesondere kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotor Blechpaket ausgeübte Kraft während der Füllphase und während des Nachtrückens verringert werden.
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Vorzugsweise kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft stetig (gleichmäßig) verringert werden. Insbesondere kann die mittels des Presswerkzeugs auf das Stator- oder Rotorblechpaket ausgeübte Kraft bis zur vollständigen Vernetzung der Formmassemoleküle verringert werden. Insbesondere wird keine Kraft auf das Stator- oder Rotorblechpaket mittels des Presswerkzeugs ausgeübt, wenn die Formmassemoleküle der während der Füll- und Nachdrückphase eingebrachten Formmasse vollständig vernetzt sind.
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Vorzugsweise kann als Formmasse ein Kunststoff, insbesondere ein Duromer (Duroplast), verwendet werden.
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Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine mit einem Stator und/oder Rotor, hergestellt durch ein Verfahren gemäß obigen Ausführungen, vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine können die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 schematisch einen teilweisen Längsschnitt durch ein Stator- oder Rotorblechpaket in einem Presswerkzeug.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch ein Stator- oder Rotorblechpaket 10 in einem Presswerkzeug 12, wobei die einzelnen Elemente lediglich schematisch dargestellt sind. Das Presswerkzeug 12 weist im Beispiel ein Werkzeugoberteil 13 und ein Werkzeugunterteil 15 auf.
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Das Stator- oder Rotorblechpaket 10 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen scheibenförmigen Elementen. In 1 ist das Stator- oder Rotorblechpaket 10 bereits in dem Presswerkzeug 12 eingespannt. Vorliegend ist das Presswerkzeug 12 als Teil eines Spritzgusswerkzeugs 11 ausgebildet.
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Das Presswerkzeug 12 übt eine auf das Stator- oder Rotorblechpaket 10 wirkende Kraft aus, um das Stator- oder Rotorblechpaket 10 entlang von dessen Mittellängsachse 17 zusammenzupressen und hält diese Kraft aufrecht, um das Stator- oder Rotorblechpaket 10 zusammengepresst zu halten.
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Zwischen dem zusammengepressten Stator- oder Rotorblechpaket 10 und dem Spritzgusswerkzeug 11 bzw. dem Presswerkzeug 12 ist eine Kavität 14 vorhanden.
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Die Kavität 14 wird mit einer fließfähigen (heißen) Formmasse 16 aufgefüllt. Vorliegend wird als Formmasse 16 ein Duromer verwendet.
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Das Stator- oder Rotorblechpaket 10 wird mittels des Presswerkzeugs 12 derart zusammengepresst, dass keine Formmasse 16 zwischen die einzelnen scheibenförmigen Elemente des Stator- oder Rotorblechpakets 10 gelangen kann. Mit anderen Worten wird durch das Zusammenpressen des Stator- oder Rotorblechpakets 10 verhindert, dass die Formmasse 16 aus der Kavität 14 in 1 nach links und/oder rechts austreten kann.
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Sobald die Kavität mit der Formmasse 16 aufgefüllt ist, wird die mittels des Presswerkzeugs 12 auf das Stator- oder Rotorblechpaket 10 ausgeübte Kraft verringert.
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Die mittels des Presswerkzeugs 12 auf das Stator- oder Rotorblechpaket 10 ausgeübte Kraft wird verringert, bevor die Formmasse 16 vollständig vernetzt ist.
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Nach einem Abkühlen oder während des Abkühlens der Formmasse 16 kann ein Nachdrücken von Formmasse 16 erfolgen, um geschwundenes Volumen der abgekühlten Formmasse 16 wieder aufzufüllen. Durch die Formmasse 16 entsteht im Beispiel eine Art Hülse am Innendurchmesser des Stator- oder Rotorblechpakets 10.
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Die mittels des Presswerkzeugs 12 auf das Stator- oder Rotorblechpaket 10 ausgeübte Kraft kann während des Nachdrückens verringert werden.
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Die mittels des Presswerkzeugs 12 auf das Stator- oder Rotorblechpaket 10 ausgeübte Kraft kann stetig verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19751236 A1 [0002]
- US 4983336 [0002]
