DE102021122746A1

DE102021122746A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021122746A1
Application number: DE102021122746.1A
Authority: DE
Inventors: Philipp Berendes; Stefan Oechslen
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine mit den Schritten: Bereitstellen eines zylinderförmigen Stators (10) mit einem Stator-Hohlraum (12) zur Aufnahme eines Rotors, wobei in den Stator-Hohlraum (12) ein schlauchförmiges, aushärtbares Abdichtelement (14) eingebracht ist, Erhitzen des Stators (10), Erhitzen des Stator-Hohlraums (12), Beaufschlagen des Stator-Hohlraums (12) mit Überdruck, so dass das Abdichtelement (14) gegen den Stator (10) gedrückt wird, Aushärten des Abdichtelements (14), sowie eine Vorrichtung (23) zum Herstellen einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine.
DE 10 2017 102 141 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Antriebsmaschine. Hierzu wird ein Stator mit einem Hohlraum bereitgestellt. Der Hohlraum dient zur Aufnahme eines Rotors. Ein aushärtbares Abdichtelement wird in den Hohlraum in Kontakt mit dem Stator gebracht und daraufhin ausgehärtet. Das Aushärten erfolgt unter Wärmeeinwirkung in einem Ofen, wobei während des Aushärtevorgangs das Abdichtelement bspw. mittels eines Blasebalgs gegen den Stator gedrückt wird. Nachteilig dabei ist, dass es aufgrund von Wärmekonvektion eine relativ lange Zeitspanne dauert, bis der Stator auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt ist. Zudem wird keine Vorrichtung beschrieben, mit der insbesondere der Aushärtevorgang umgesetzt werden kann. Vielmehr scheint, bspw. für das Platzieren und Entfernen eines Blasebalgs innerhalb des Stators (bzw. Hohlraums), das Eingreifen einer Bedienperson erforderlich zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine bereitzustellen, bei denen das Abdichtelement möglichst schnell und/oder automatisiert ausgehärtet werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9, sowie eine elektrische Maschine nach Anspruch 11 gelöst.
Das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine weist die folgenden Schritte auf:

Es erfolgt ein Bereitstellen eines zylinderförmigen Stators mit einem Stator-Hohlraum bzw. Rotorraum zur Aufnahme eines Rotors. Dabei ist ein schlauchförmiges, aushärtbares Abdichtelement in den Stator-Hohlraum eingebracht.

Hiernach erfolgt ein Erhitzen des Stators, insbesondere ein Erhitzen von außen. Das Erhitzen des Stators kann dabei mittels Wärmeleitung (kontaktbehaftet) umgesetzt werden. Durch die Wärmeleitung kann der Stator, bspw. gegenüber Wärmekonvention, schneller auf die gewünschte Temperatur gebracht werden.
Gleichzeitig, zuvor oder danach erfolgt ein Erhitzen des Stator-Hohlraums. Das Erhitzen des Stator-Hohlraums kann dabei mittels Wärmekonvektion (kontaktlos) umgesetzt werden.
Gleichzeitig oder danach erfolgt ein Beaufschlagen des Stator-Hohlraums mit Überdruck, so dass das Abdichtelement nach, insbesondere radial, außen gegen den Stator oder gegen einen in den Stator-Hohlraum eingebrachten Stützring gedrückt wird.
Hiernach erfolgt das Aushärten des Abdichtelements.
Zwischen dem Stator und dem Abdichtelement kann ein Stützring vorgesehen sein. Dieser kann sich zumindest axial abschnittsweise innerhalb des Stators, insbesondere über die axiale Längserstreckung des Stators hinaus, erstrecken. Der Stützring kann einen rohrförmigen bzw. kreisringförmigen Querschnitt aufweisen und/oder (im eingebauten Zustand) mit seiner Außenfläche passend an der Innenfläche des Stators anliegen. Der Stützring kann zumindest teilweise in den Nuten des Stators angeordnet sein, sodass die Innenfläche des Stators und die Innenfläche des Stützrings eine kontinuierliche Anlagefläche für das Abdichtelement darstellen können.
Der Stützring kann als Stützmittel für das Abdichtelement dienen. Dadurch kann das Abdichtelement vergleichsweise dünn ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Stützring als Stützmittel für den Stator innerhalb der elektrischen Maschine dienen. Der Stützring kann, zusätzlich zur Stützfunktion des Abdichtelements bzw. des Stators, eine abdichtende Funktion der Leiterstücke bzw. Wicklungen des Stators gegenüber dem Rotor (bzw. zwischen dem Statorraum und Rotorraum) aufweisen.
Das Abdichtelement übernimmt die Funktion eines Spaltrohrs („Liner“) in der elektrischen Maschine. Das Abdichtelement dient also der Abdichtung zwischen Stator und Rotor bzw. zwischen dem Statorraum und Rotorraum. Dabei entspricht der Rotorraum dem Stator-Hohlraum. Der Statorraum dient zur Aufnahme des Stators und der Leiterstücke bzw. Wicklungen des Stators.
Das Abdichtelement kann zumindest teilweise aus einem Glasfaserverbund bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann das Abdichtelement zumindest teilweise aus (endlos-)faserverstärktem Kunststoff bestehen. Das Abdichtelement kann sehr dünn ausgebildet sein und/oder, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, eine klebrige Außenfläche aufweisen (bzw. eine Klebeschicht auf seiner Außenfläche aufweisen). Das Abdichtelement kann mittels der Klebeschicht bzw. mittels der klebrigen Außenfläche bei Kontakt mit dem Stator bzw. Stützring daran haften.
Das Verfahren kann weitere Schritte umfassen. Bspw. ein Abkühlen des Abdichtelements, ein Einbringen des Rotors in den Stator-Hohlraum, ein Einbringen von Leiterstücken bzw. Wicklungen in den Stator, ein Bereitstellen eines Gehäuses zum Aufnehmen des Stators bzw. des Rotors und/oder ein Anordnen des Stators bzw. des Rotors innerhalb des Gehäuses.
Vorliegend ist der Stator länglich erstreckt, wobei eine Axialrichtung (bzw. axiale Richtung) der Richtung der Längserstreckung des Stators entspricht. Insbesondere entspricht die Axialrichtung der Mittellängsachse des Stators.
Vorliegend ist mit einer Radialrichtung (bzw. radiale Richtung) eine orthogonal zur Axialrichtung orientierte Richtung gemeint. Insbesondere ist mit der Radialrichtung eine orthogonal zur Mittellängsachse des Stators von der Mittellängsachse des Stators wegführende Richtung gemeint.
Vorliegend ist mit aushärtbar gemeint, dass das Abdichtelement in einem Ausgangszustand (vor einem Aushärtevorgang) flexibel bzw. biegeschlaff und nach dem Aushärten (nach dem Aushärtevorgang), bspw. unter Einfluss der aushärtenden Klebeflächen des Abdichtelements, vergleichsweise formstabil bzw. steif ist.
Vorzugsweise kann der Stator mantelseitig, insbesondere mittels mindestens eines den Stator mantelseitig zumindest mittelbar kontaktierenden Heizelements erhitzt werden. Durch die Nutzung von Wärmeleitung kann ein schnelles Erhitzen erreicht werden. Das Heizelement (bzw. die Heizelemente) kann für möglichst vollflächigen Kontakt (hohe Wärmeübertragung) gegen den Stator verspannt werden. Das Heizelement (bzw. die Heizelemente) kann hierfür an oder in einer Spannbacke angeordnet sein, wobei die Spannbacke den Stator unmittelbar und das Heizelement den Stator mittelbar kontaktiert. Die vom Heizelement generierte Wärme wird dann über die Spannbacke in den Stator eingeleitet.
Vorzugsweise kann der Stator-Hohlraum mittels eines im Stator-Hohlraum positionierten Heizkerns erhitzt werden. Insbesondere kann der Heizkern sich entlang der Längserstreckung des Stators erstrecken.
Vorzugsweise können das Heizelement (bzw. die jeweilige Spannbacke) und/oder der Heizkern, insbesondere vor dem Erhitzen des Stators und/oder des Stator-Hohlraums, auf eine Temperatur vorgeheizt werden, die höher ist, als die für das Aushärten des Abdichtelements benötigte Temperatur. Durch ein derartiges „Übererhitzen“ kann die Solltemperatur des Stators für das Aushärten des Abdichtelements schneller erreicht werden. So kann bspw. bei einer Solltemperatur des Stators von ca. 130°C das Heizelement (bzw. jeweilige Spannbacke) und/oder der Heizkern auf z.B. 140 bis 180°C vorgeheizt werden.
Vorzugsweise können der Stator, das Heizelement (bzw. die jeweilige Spannbacke), das Abdichtelement und/oder der Heizkern rotiert werden. Dabei kann insbesondere während des Aushärtens des Abdichtelements und insbesondere um die Mittellängsachse des Stators rotiert werden. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Aushärten begünstigt. Etwaige Harzläufer oder Harznasen (bspw. bei einer Klebeschicht mit oder aus Harz) können so verhindert werden.
Vorzugsweise kann der Stator-Hohlraum mittels mindestens einer, insbesondere aufblasbaren, Dichtung, zumindest teilweise, abdichtend verschlossen werden. Dies kann insbesondere vor dem Beaufschlagen des Stator-Hohlraums mit Überdruck umgesetzt werden. Dabei kann die Dichtung derart mit Druck beaufschlagt werden, dass der Dichtungsdruck um mindestens 0,1 bar höher liegt als der Überdruck im Stator-Hohlraum. Es können insbesondere zwei derartige Dichtungen an den axialen Enden des Stators (zum beidseitigen Verschließen des Stator-Hohlraums) vorgesehen sein (an jedem axialen Ende eine Dichtung).
Vorzugsweise können der Stator, der Stator-Hohlraum und/oder das Abdichtelement, insbesondere während des Aushärtens des Abdichtelements oder nach dem Aushärten des Abdichtelements, getempert werden. Insbesondere ist mit „tempern“ vorliegend ein Nachvernetzen bei einer bestimmten Temperatur nach dem initialen Aushärten des Abdichtelements gemeint. Damit ist ein Variieren, insbesondere ein Erhöhen der Temperatur während des Aushärtens gemeint. Mit anderen Worten kann die Temperatur des Heizelements und/oder des Heizkerns erhöht bzw. variiert werden.
Vorzugsweise können der Stator, das Abdichtelement, das Heizelement (bzw. die jeweilige Spannbacke) und/oder der Heizkern, insbesondere mittels einer Abdeckung, wärmegedämmt (bzw. wärmeisoliert) werden. Dabei kann die Abdeckung haubenartig ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass diese Elemente beim Erhitzen des Stators und/oder des Stator-Hohlraums, insbesondere mittels der (haubenartigen) Abdeckung, wärmegedämmt werden. Ebenso denkbar ist, dass beim Vorheizen/Vorwärmen des Heizelements (bzw. der jeweiligen Spannbacke) und/oder des Heizkerns die vorzuheizenden Elemente, insbesondere mittels der (haubenartigen) Abdeckung wärmegedämmt werden. Zusätzlich zur haubenartigen Abdeckung können ein Haubenabschluss und/oder eine Haubenverriegelung vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Anwendung bei einem Verfahren gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Maßnahmen dienen.
Die Vorrichtung umfasst mehrere Spannbacken, wobei in mindestens einer Spannbacke mindestens ein Heizelement angeordnet ist. Insbesondere ist in jeder Spannbacke ein oder mehrere Heizelemente angeordnet. Mittels des Heizelements (bzw. der Heizelemente) kann die jeweilige Spannbacke beheizt werden. Die Spannbacken sind dazu eingerichtet, um einen zylinderförmigen Stator mit einem Stator-Hohlraum mantelseitig zu kontaktieren.
Die Spannbacken dienen insbesondere als Wärmespeicher für die mittels des Heizelements erzeugte Wärme. Damit kann der Stator nach Kontaktierung mittels der Spannbacken schnell (bzw. schneller als aus dem Stand der Technik bekannt) und im Vergleich zur Beheizung mit Induktion ohne lokale Hot-Spots auf Prozesstemperatur gebracht werden.
Dadurch können die Heizelemente kompakter dimensioniert werden, als sie es vergleichsweise sein müssten, wenn sie die gleiche Wärmemenge für ein gleichschnelles (gleichwertiges) Aufheizen ohne den Spannbacken als Wärmespeicher („Wärme-Puffer“) erzeugen müssten. Somit können bspw. auch die für die Heizelemente benötigten Strommengen kleiner ausfallen. Dies wirkt sich positiv z. B. auf die Ausführung bzw. Nutzung des Schleifrings aus.
Im Konkreten können die Spannbacken jeweils als Kreisringabschnitt ausgebildet sein. Die Spannbacken können insbesondere dazu eingerichtet sein, dass diese im auf den Stator aufgebrachten Zustand in ihrer Gesamtheit den Stator mantelseitig vollständig umgeben.
Die Spannbacken können zur Kontaktierung eines an dem Stator vorhandenen Stützrings einen ersten Absatz, insbesondere mit einem Wärmepad zur besseren Wärmeübertragung, aufweisen. Insbesondere kann der erste Absatz der Spannbacken eingerichtet sein, um den Stützring an einem ersten axialen Ende des Stators von radial außen unmittelbar oder mittelbar über das Wärmepad zu kontaktieren. Insbesondere kann die Vorrichtung einen Ring (insbesondere aus Aluminium) aufweisen, wobei dieser ausgebildet ist, um den Stützring an einem zweiten, dem ersten entgegengesetzten, axialen Ende des Stators von radial außen zu kontaktieren. Der Ring kann ebenfalls ein Wärmepad aufweisen. Dabei kann der Ring mit seiner radialen Innenseite unmittelbar oder mittelbar über das Wärmepad den Stützring und mit seiner radialen Außenseite die Spannbacken kontaktieren. Auch für die Kontaktstelle zwischen den Spannbacken und dem Ring kann ein Wärmepad vorgesehen sein, über den die Spannbacken mittelbar den Ring kontaktieren.
Ebenso denkbar ist, dass anstelle des Rings, die Spannbacken jeweils einen zweiten Absatz, insbesondere mit einem Wärmepad zur besseren Wärmeübertragung, aufweisen. Insbesondere kann der zweite Absatz der Spannbacken eingerichtet sein, um den Stützring an seinem zweiten axialen Ende des Stators von radial außen unmittelbar oder mittelbar über das Wärmepad zu kontaktieren.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Linearführung, bspw. mit einer oder mehreren Schienen, umfassen, die mit einer Spannbacke gekoppelt sein kann. Die mit der Schiene gekoppelte Spannbacke, kann entlang der Linearführung beweglich ausgebildet sein. So kann die mit der Linearführung gekoppelte Spannbacke entlang der Linearführung von den anderen Spannbacken weg zu einer ersten Position (Beladeposition) bewegt werden. An der ersten Position kann die in der Schiene gekoppelte Spannbacke mit dem Stator beladen werden. Mit anderen Worten kann an der ersten Position die mit der Linearführung gekoppelte Spannbacke den Stator aufnehmen (wandseitig kontaktieren). Anschließend kann die mit der Linearführung gekoppelte Spannbacke entlang der Schiene und in Richtung der anderen Spannbacken an eine zweite Position (translatorisch) bewegt werden, wobei der Stator mit bewegt wird. An der zweiten Position können die Spannbacken (alle Spannbacken) gegen den Stator verspannt werden.
Die Vorrichtung umfasst eine Spanneinrichtung, wobei die Spannbacken mittels der Spanneinrichtung derart gegen den Stator verspannt werden können, dass der Stator drehfest mit den Spannbacken gekoppelt ist. Dabei umgeben die Spannbacken den Stator nach radial außen.
Die Spanneinrichtung kann mechanische Federn aufweisen, die mindestens eine Spannbacke vor dem Kontaktieren des Stators in eine Radialrichtung (also nach radial außen) vorspannt. Hierdurch können die Spannbacken auseinander gezogen werden, so dass das Positionieren des Stators innerhalb der Spannbacken (in der zweiten Position) erleichtert bzw. überhaupt erst ermöglicht wird.
Die Spanneinrichtung kann mehrere Verbindungselemente aufweisen, die die Spannbacken miteinander verbinden oder verbinden können. Dabei kann jedes der Verbindungselemente jeweils zwei benachbarte Spannbacken miteinander verbinden (bzw. koppeln).
Die Spanneinrichtung kann insbesondere drei Spannbacken aufweisen. Die Spanneinrichtung kann insbesondere drei Verbindungselemente aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst einen Heizkern, der eingerichtet ist, um innerhalb des Stators, in dem Stator-Hohlraum positioniert zu werden.
Die Vorrichtung umfasst eine Welle, die mittels eines Antriebs rotatorisch antreibbar ist, wobei die Spannbacken und/oder der Heizkern mit der Welle drehfest gekoppelt oder koppelbar ausgebildet sind.
Die Heizelemente und/oder der Heizkern können mittels elektrischem Strom beheizt werden. Für die Stromversorgung der Heizelemente und/oder des Heizkerns kann die Vorrichtung einen Schleifring aufweisen, über den die rotierenden Elemente den elektrischen Strom abgreifen können.
Da die rotierenden Elemente asymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet sein können, kann die Vorrichtung eine, durch radiale Verlagerung optional verstellbare Unwucht zum Gewichtsausgleich der rotierenden Elemente aufweisen.
Die Vorrichtung kann eine Abdeckung zur Wärmedämmung aufweisen, wobei die Abdeckung insbesondere hülsenförmig ausgebildet und über die Spannbacken, den Heizkern und den Stator überstülpbar eingerichtet ist. Die Abdeckung kann in Form einer Haube ausgebildet sein. Es können außerdem ein Haubenabschluss und/oder eine Haubenverriegelung vorgesehen sein.
Die Vorrichtung umfasst eine Überdruckeinrichtung zum Bereitstellen eines Überdrucks im Stator-Hohlraum.
Vorzugsweise kann die Überdruckeinrichtung mindestens eine erste Überdruckzuleitung zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb des Stator-Hohlraumes umfassen.
Die Überdruckeinrichtung kann mindestens eine aufblasbare Dichtung, vorzugsweise zwei aufblasbare Dichtungen, zum zumindest teilweisen Abdichten des Stator-Hohlraumes aufweisen.
Die Überdruckeinrichtung kann mindestens eine zweite Überdruckzuleitung zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb der aufblasbaren Dichtung aufweisen. Es ist denkbar, dass die erste und die zweite Überdruckzuleitung separat oder mittels eines Druckverteilers verbunden ausgebildet sind. Ebenso ist es denkbar, dass die Dichtung (bzw. die Dichtungen) mittels einer separaten Dichtungsdruckeinrichtung mit Überdruck versorgt werden.
Mittels einer derartigen Vorrichtung kann der Aushärtevorgang des Abdichtelements automatisiert durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine, hergestellt durch ein Verfahren gemäß obiger Ausführungen, vorgeschlagen. Alternativ oder ergänzend wird die elektrische Maschine mittels einer Vorrichtung gemäß obiger Ausführungen hergestellt. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren und/oder zur Vorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine können die im Zusammenhang mit dem Verfahren und/oder die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt, jeweils schematisch,

1 eine perspektivische Ansicht auf einen Stator beim Beladen des Stators auf eine Spannbacke,
2 eine perspektivische Ansicht auf die mit dem Stator beladene Spannbacke gem. 1 und einen Heizkern mit weiteren Spannbacken,
3 eine perspektivische Ansicht auf den mittels der Spannbacken verspannten Stator gemäß 2,
4 eine perspektivische Ansicht auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer elektrischen Maschine, und
5 eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Vorrichtung aus 4.

Das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine wird anhand der 1 bis 4 veranschaulicht. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen Stator 10 beim Beladen des Stators 10 auf eine Spannbacke 24.
Der Stator 10 weist einen Stator-Hohlraum 12 zur Aufnahme eines Rotors (nicht dargestellt) auf. In den Stator-Hohlraum 12 ist ein schlauchförmiges, aushärtbares Abdichtelement 14 eingebracht. Der Stator 10 ist zylinderförmig ausgebildet und weist ein erstes axiales Ende 11 und ein zweites axiales Ende 13 auf.
Zwischen dem Stator 10 und dem Abdichtelement 14 ist ein Stützring 15 eingebracht, der an beiden axialen Enden 11, 13 aus dem Stator (bzw. aus dem Stator-Hohlraum 12) herausragt.
Die Spannbacke 24 weist ein Heizelement 16 auf. Dieses ist innerhalb der Spannbacke 24 angeordnet und in 1 mittels einer gestrichelten Linie lediglich angedeutet. Mittels des Heizelements 16 kann Spannbacke 24 erhitzt werden, so dass mittels der Spannbacke 24 der Stator 10 erhitzt werden kann.
Die Spannbacke 24 weist einen ersten Absatz 17 mit einem Wärmepad 19 auf. Der erste Absatz 17 ist eingerichtet, um den Stützring 15 im Bereich des ersten axialen Endes 11 des Stators 10 von radial außen mit dem Wärmepad 19 zu kontaktieren. Das Wärmepad 19 ermöglicht eine bessere Wärmeübertragung zwischen der Spannbacke 24 und dem Stützring 15.
Zur Kontaktierung der Spannbacke 24 mit dem Stützring 15 im Bereich des zweiten axialen Endes 13 des Stators 10 ist ein Ring 21 vorgesehen. Dieser ist im Beispiel aus Aluminium ausgebildet und weist an seiner radialen Innenseite ein Wärmepad 25 auf. Der Ring 21 kontaktiert den Stützring 15 über das Wärmepad 25 von radial außen mit seiner radialen Innenseite. Der Ring 21 kontaktiert die Spannbacke 24 mit seiner radialen Außenseite. Auch hier (zwischen dem Ring 21 und der Spannbacke 24) kann optional ein Wärmepad vorgesehen sein. Der Ring 21 kann zur besseren Montage mehrteilig, bspw. aus mehreren Ringsegmentelementen, ausgebildet sein.
Der Stator 10 wird auf die Spannbacke 24 gelegt (in 1 mit einem dicken Pfeil angedeutet) und zuvor oder danach wird der Ring 21 an den Stator 10 (bzw. an den Stützring 15) angebracht (in 1 mit einem dünnen Pfeil angedeutet).
Die Montage der Spannbacke 24 und des Rings 21 kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen (bspw. zuerst Ring 21, dann Spannbacke 24).
2 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die mit dem Stator 10 beladene Spannbacke 24 gem. 1 und einen Heizkern 18, sowie drei weitere Spannbacken 24. Zum Bewegen der mit dem Stator 10 beladenen Spannbacke 24 ist eine Linearführung 27, bspw. eine Schiene 27, vorgesehen. Die mit dem Stator 10 beladene Spannbacke 24 ist mit der Schiene 27 gekoppelt und entlang der Schiene 27 translatorisch verfahrbar. Die Schiene 27 ist in 2 lediglich schematisch angedeutet.
Die mit dem Stator 10 beladene Spannbacke 24 kann mit dem Stator 10 aus der dargestellten ersten Position (Beladeposition) in eine zweite Position bewegt werden, in der sich der Stator 10 radial innerhalb der Spannbacken 24 befindet. Dies ist in 2 mittels eines Pfeils angedeutet. In der zweiten Position werden alle vier Spannbacken 24 mittels einer Spanneinrichtung 26 gegen den Stator 10 verspannt.
Die drei weiteren Spannbacken 24 sind analog zu der mit dem Stator 10 beladenen Spannbacke 24 ausgebildet (ausgenommen die Kopplung an die Schiene 27). Alle Spannbacken 24 sind zum mantelseitigen Erhitzen und Kontaktieren des Stators 10 vorgesehen.
Die drei weiteren Spannbacken 24 sind vorliegend nach radial außen vorgespannt. Dies kann bspw. mittels Federn umgesetzt werden, die an der radialen Außenseite der Spannbacken 24 unmittelbar oder mittelbar angeordnet sind. Damit werden die drei weiteren Spannbacken 24 nach radial außen gezogen, so dass der von diesen Spannbacken 24 umschlossene Hohlraum, in den der Stator 10 in der zweiten Position eingebracht wird, vergrößert wird. Dies erleichtert bzw. ermöglicht das Bewegen des Stators 10 in die zweite Position.
Die Spannbacken 24 können, wenn sich die mit dem Stator 10 beladene Spannbacke 24 in der zweiten Position befindet, mittels einer Spanneinrichtung 26 gegen den Stator 10 gespannt werden. Dabei bewegen sich die nach radial außen vorgespannten Spannbacken 24 nach radial innen und der Stator 10 wird drehfest mit den Spannbacken 24 gekoppelt.
Die Spanneinrichtung 26 weist im Beispiel vier Verbindungselemente 29 auf, wobei jeweils zwei benachbarte Spannbacken 24 mittels eines Verbindungselementes 29 miteinander gekoppelt sind oder miteinander gekoppelt werden können. Eine Ausgestaltung mit insgesamt drei Spannbacken 24 und entsprechend drei Verbindungselementen 29, die jeweils zwei benachbarte Spannbacken 24 miteinander koppeln, sind ebenfalls denkbar.
Es ist ein Heizkern 18 zum Erhitzen des Stator-Hohlraums 12 vorgesehen. Der Heizkern 18 ist, wenn der Stator 10 in der zweiten Position angeordnet ist, innerhalb des Stators 10, in dem Stator-Hohlraum 12, positioniert. Insbesondere kontaktiert der Heizkern 18 den Stator 10 bzw. das Abdichtelement 14 nicht.
Nach dem Bewegen des Stators 10 in die zweite Position wird der Stator-Hohlraum 12 mit Überdruck beaufschlagt, so dass das Abdichtelement 14 nach radial außen gegen den Stator 12 bzw. gegen den Stützring 15 gedrückt wird.
Zum Abdichten des Stator-Hohlraums 12 sind vorliegend zwei aufblasbare Dichtungen 20 (der Übersicht halber ist lediglich eine Dichtung 20 dargestellt) vorgesehen, die den Stator-Hohlraum 12, wenn der Stator 10 in der zweiten Position angeordnet ist, in den Bereichen der beiden axialen Enden 11, 13 abdichtend verschließen. Anschließend kann im Stator-Hohlraum 12 (Druckraum zwischen den beiden Dichtungen 20) der Prozessdruck angelegt werden, wie oben erläutert. Die Spannbacken 24 erhitzen den Stator 10 im eingeschalteten Zustand von radial außen und der Heizkern 18 erhitzt den Stator 10 im eingeschalteten Zustand von radial innen.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht auf den mittels der Spannbacken 24 verspannten Stator 10 gemäß 2. Nach dem Verspannen des Stators 10 mittels der Spannbacken 24 ist der Stator 10 drehfest mit den Spannbacken 24 gekoppelt. Die Spannbacken 24 werden nun um die Mittellängsachse des Stators 10 rotiert, so dass der Stator 10, der Stützring 15 und insbesondere das Abdichtelement 14 ebenfalls um die Mittellängsachse des Stators 10 rotiert werden. Dies ist in 3 mittels eines gekrümmten Pfeils veranschaulicht.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Vorrichtung 23 zum Herstellen einer elektrischen Maschine. Die Vorrichtung 23 weist alle oben beschriebenen (in den 1 bis 3 gezeigten) Elemente auf. Der Übersicht halber wurden diese Elemente in 4 nicht mit Bezugszeichen versehen.
Die Vorrichtung 23 weist weiter eine Welle 28 auf, die mittels eines Antriebs rotatorisch antreibbar ist und in 4 lediglich mittels einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Die Spannbacken 24 sind mit der Welle 28 drehfest gekoppelt bzw. können mit der Welle 28 drehfest gekoppelt werden. Auch der Heizkern 18 kann mit der Welle 28 drehfest gekoppelt sein bzw. drehfest gekoppelt werden.
Die Vorrichtung 23 weist weiter eine Abdeckung 22 auf, die in Form einer Haube ausgebildet ist. Die Abdeckung 22 kann über die Spannbacken 24, den Heizkern 18 und den Stator 10 gestülpt werden und dient der Wärmedämmung.
Die Vorrichtung 23 weist weiter eine Überdruckeinrichtung 30 zum Bereitstellen eines Überdrucks im Stator-Hohlraum 12 auf. Die Überdruckeinrichtung 30 weist eine erste Überdruckzuleitung 32 zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb des Stator-Hohlraumes 12 auf. Die Überdruckeinrichtung 30 weist eine zweite Überdruckzuleitung 34 zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb der beiden aufblasbaren Dichtungen 20 auf. Die Überdruckeinrichtung 30, die erste Überdruckzuleitung 32 und die zweite Überdruckzuleitung 34 sind in 4 lediglich schematisch angedeutet.
Die Vorrichtung 23 ist insbesondere derart ausgebildet, dass die oben beschriebenen Schritte, insbesondere umfassend Manipulation, Bewegung, Spannen und Schließen automatisiert vorgenommen werden können. 5 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Vorrichtung 23 aus 4 in einer Seitenansicht. Die Vorrichtung 23 weist im Beispiel ein Steuerpult 40 auf, über das die Vorrichtung 23 gesteuert und überwacht werden kann. Am Steuerpult 40 sind Manometer 42, 44 zur Überwachung des Drucks in den Überdruckzuleitungen 32, 34 angeordnet (vgl. 4). Weiter sind am Steuerpult 40 Druckregler 46, 48 zur Regelung des in den Überdruckzuleitungen 32, 34 herrschenden Drucks angeordnet (vgl. 5). Zudem kann am Steuerpult 40 ein Not-Aus-Schalter positioniert sein (nicht gezeigt).
Wie zuvor bereits erläutert, weist die Vorrichtung 23 eine haubenförmige Abdeckung 22 auf. Die Abdeckung 22 ist im Beispiel mittels der Linearführung 27 bzw. mittels der Schiene 27 verschieblich geführt und kann zum Verschließen der Komponenten der Vorrichtung 23 in Richtung des Steuerpults 40 verschoben werden. Dort sind im Beispiel ein Haubenabschluss 50 und eine optional ansteuerbare Haubenverriegelung 52 angeordnet, mittels der die Abdeckung 22 am Haubenabschluss 50 verriegelt werden kann. Am Steuerpult 40 ist im Beispiel ein Schalter 54 zur Betätigung der Haubenverriegelung 52 vorgesehen. Angrenzend an den Haubenabschluss 50 ist im Beispiel eine Statoraufnahme 56 positioniert.
Wie oben bereits erläutert, weist die Vorrichtung 23 im Beispiel einen Schleifring 60 für eine entkoppelte Stromversorgung der Heizelemente 16 und des Heizkerns 18 auf. Weiter weist die Vorrichtung 23 eine, durch radiale Verlagerung optional verstellbare Unwucht 62 bzw. Wuchtmasse 62 zur Kompensation von Unwucht während einer Rotation der Komponenten auf (Ausgleich von ggf. asymmetrischem Aufbau von rotierenden Komponenten der Vorrichtung 23).
Weiter weist die Vorrichtung eine Spanneinrichtung 64 auf, mittels der die Spannbacken 24 gegen den Stator 10 verspannt werden können, so dass der Stator 10 drehfest mit den Spannbacken 24 gekoppelt ist. Zudem sind mechanische Federn 66 vorgesehen, mittels denen die Spannbacken 24 in eine Radialrichtung vorgespannt sind.
Am freien Ende der Welle 28 ist ein Abschnitt der Überdruckzuleitung 34 zur Bereitstellung von Überdruck in der oder den Dichtungen 20 bzw. Aufblasdichtungen 20 zu erkennen. Die Welle 28 kann mittels eines Elektromotors 68 drehend angetrieben werden.
Die entlang der Linearführung 27 verfahrbare Spannbacke 24 zur Aufnahme des Stators 10 ist in einer ersten Position (Beladeposition) gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017102141 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Maschine, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines zylinderförmigen Stators (10) mit einem Stator-Hohlraum (12) zur Aufnahme eines Rotors, - wobei in den Stator-Hohlraum (12) ein schlauchförmiges, aushärtbares Abdichtelement (14) eingebracht ist, - Erhitzen des Stators (10) - Erhitzen des Stator-Hohlraums (12) - Beaufschlagen des Stator-Hohlraums (12) mit Überdruck, so dass das Abdichtelement (14) gegen den Stator (10) gedrückt wird, - Aushärten des Abdichtelements (14).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) mantelseitig, insbesondere mittels mindestens eines den Stator (10) mantelseitig zumindest mittelbar kontaktierenden Heizelements (16), erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator-Hohlraum (12) mittels eines im Stator-Hohlraum (12) positionierten Heizkerns (18) erhitzt wird, insbesondere wobei der Heizkern (18) sich entlang der Längserstreckung des Stators (10) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (16) und/oder der Heizkern (18), insbesondere vor dem Erhitzen des Stators (10) und/oder des Stator-Hohlraums (12), auf eine Temperatur vorgeheizt werden, die höher ist, als die für das Aushärten des Abdichtelements (14) benötigte Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10), das Heizelement (16), das Abdichtelement (14) und/oder der Heizkern (18), insbesondere während des Aushärtens des Abdichtelements (14), insbesondere um die Mittellängsachse des Stators (10), rotiert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator-Hohlraum (12) mittels mindestens einer, insbesondere aufblasbaren, Dichtung (20), zumindest teilweise, insbesondere vor dem Beaufschlagen des Stator-Hohlraums (12) mit Überdruck, abdichtend verschlossen wird.
Verfahren einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10), der Stator-Hohlraum (12) und/oder das Abdichtelement (14), insbesondere während des Aushärtens des Abdichtelements (14) oder im Anschluss an das Aushärten des Abdichtelements (14), getempert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10), das Abdichtelement (14), das Heizelement (16) und/oder der Heizkern (18), insbesondere mittels einer Abdeckung (22), wärmegedämmt werden.
Vorrichtung (23) zum Herstellen einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Anwendung bei einem Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (23) umfasst: - mehrere Spannbacken (24), wobei in mindestens einer Spannbacke (24), insbesondere in mehreren Spannbacken (24), mindestens ein Heizelement (16) angeordnet ist, mittels dem die jeweilige Spannbacke (24) beheizt werden kann, wobei die Spannbacken (24) dazu eingerichtet sind, um einen zylinderförmigen Stator (10) mit einem Stator-Hohlraum (12) mantelseitig zu kontaktieren, wobei die Spannbacken (24) insbesondere als Wärmespeicher für die mittels des jeweiligen Heizelements (16) erzeugte Wärme dienen, - eine Spanneinrichtung (26), wobei die Spannbacken (24) mittels der Spanneinrichtung (26) derart gegen den Stator (10) verspannt werden können, dass der Stator (10) drehfest mit den Spannbacken (24) gekoppelt ist, - ein Heizkern (18), der eingerichtet ist, um innerhalb des Stators (10), in dem Stator-Hohlraum (12) positioniert zu werden, - eine Welle (28), die mittels eines Antriebs rotatorisch antreibbar ist, - wobei die Spannbacken (24) und/oder der Heizkern (18) mit der Welle (28) drehfest gekoppelt oder koppelbar ausgebildet sind, - eine Überdruckeinrichtung (30) zum Bereitstellen eines Überdrucks im Stator-Hohlraum (12), - insbesondere eine Abdeckung (22) zur Wärmedämmung, wobei die Abdeckung (22) vorzugsweise hülsenförmig ausgebildet und über die Spannbacken (24), den Heizkern (18) und den Stator (10) überstülpbar eingerichtet ist.
Vorrichtung (23) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckeinrichtung (30) umfasst: - mindestens eine erste Überdruckzuleitung (32) zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb des Stator-Hohlraumes (12), - mindestens eine aufblasbare Dichtung (20), vorzugsweise zwei aufblasbare Dichtungen (20), zum zumindest teilweisen Abdichten des Stator-Hohlraumes (12), - mindestens eine zweite Überdruckzuleitung (34) zur Bereitstellung eines Überdrucks innerhalb der aufblasbaren Dichtung (20).
Elektrische Maschine, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder mittels einer Vorrichtung (23) nach Anspruch 9 oder 10.