DE102021133021B3

DE102021133021B3 - Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine und Vorrichtung zur Durchführung

Info

Publication number: DE102021133021B3
Application number: DE102021133021.1A
Authority: DE
Inventors: Philipp Berendes; Stefan Oechslen; Michael Kaiser; Johannes Kotzmann; Bernhard Pfund
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2041-12-15

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung (1) für eine elektrische Maschine (10) zum Abdichten eines Statorraums (21) eines Statorkörpers (11) zu einem Rotorraum (31), wobei die Abdichteinrichtung (1) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Hohlkörpers (2) aus unausgehärtetem Faserverbundwerkstoff; Aufbringen des Hohlkörpers (2) auf ein Anpresswerkzeug (3), sodass der Hohlkörper (2) das Anpresswerkzeug (3) wenigstens teilweise in koaxialer Weise umgibt und mit seinen axialen Enden auf jeweils wenigstens einer Aufblasdichtung (13) des Anpresswerkzeugs (3) aufliegt und mit einem sich zwischen seinen axialen Enden erstreckenden Basisbereich wenigstens einen Druckraum (23) des Anpresswerkzeugs (3) radial umgibt; Einbringen des Hohlkörpers (2) in den Statorkörper (11) oder in ein Formwerkzeug (4) vor oder während oder nach dem Aufbringen des Hohlkörpers (2) auf das Anpresswerkzeug (3); Druckbeaufschlagung der Aufblasdichtungen (13) zur Abdichtung des Druckraums (23); Druckbeaufschlagung des Druckraums (23) zum Anpressen des Hohlkörpers (2) an den Statorkörper (11) oder an das Formwerkzeug (4); Aushärten des Hohlkörpers (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine. Die Abdichteinrichtung dient zum Abdichten eines Statorraums eines Statorkörpers zu einem Rotorraum und ist wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt.
Zur Herstellung einer solchen Abdichteinrichtung wird mitunter der unausgehärtete Faserverbundwerkstoff von innen an einen Stator angelegt und anschließend ausgehärtet. Während des Aushärtens wird der Faserverbundwerkstoff gegen den Stator gepresst.
Zum Anpressen sind beispielsweise ein Kunststoff-Sack bzw. Ballon bekannt geworden, die während des Aushärtens des Faserverbundwerkstoffs aufgeblasen werden. Häufig werden auch mechanische Anpresswerkzeuge verwendet, welche einen Zylinder mit ausfahrbaren Segmenten aufweisen. Durch das Ausfahren der Segmente wird der Faserverbundwerkstoff gegen den Stator gepresst. Weiterhin ist die Verwendung von Metallkernen bekannt geworden, welche sich unter Wärmeeinfluss stärker ausdehnen als der Stator bzw. der Faserverbundwerkstoff. Zudem werden mitunter auch Kunststoffkerne eingesetzt.
Die DE 10 2020 101 316 A1 zeigt die Klebung eines Spaltrohrs aus glasfaserverstärktem Kunststoff am Innendurchmesser eines Statorblechpakets mittels eines Harz-Faser-Systems. Die Verbindung von Statorblechpaket und Spaltrohr erfolgt bei noch nicht ausgehärteter Harzbeschichtung. Zum Verbinden von Spaltrohr und Statorblechpaket wird die Harzbeschichtung zum Aushärten aktiviert.
Aus der DE 10 2019 112 830 A1 und der DE 10 2020 205 287 A1 ist die Herstellung von Spaltrohren mittels der Prepreg-Technologie bekannt. Dabei werden mit Harz getränkte Fasermatten auf einem Träger abgelegt, um auf diesem Träger auszuhärten bzw. um als Liner auf der Innenkontur eines Blechpakets durch Andruck laminiert zu werden.
Die EP 2 342 068 B1 und die DE 20 2011 103 647 U1 zeigen die Verwendung von Spaltrohren in elektrischen Maschinen aus Faserverbundwerkstoffen zum Abdichten eines Statorraums zu einem Rotorraum.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und vorzugsweise möglichst weitgehend automatisierungsfähige Möglichkeit zur Herstellung einer solchen Abdichteinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll eine wirtschaftliche Fertigung mit einem hohen Qualitätsanspruch an die Abdichteinrichtung möglich sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 14. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Statorraums eines Statorkörpers gegenüber einem Rotorraum. Der Rotorraum dient insbesondere zur Aufnahme eines Rotors. Die Abdichteinrichtung ist wenigstens teilweise aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte in dieser oder einer anderen zur Herstellung geeigneten Reihenfolge: Bereitstellen eines Hohlkörpers aus unausgehärtetem Faserverbundwerkstoff; Aufbringen des Hohlkörpers auf ein Anpresswerkzeug, sodass der Hohlkörper das Anpresswerkzeug wenigstens teilweise in koaxialer Weise umgibt und mit seinen axialen Enden auf jeweils wenigstens einer Aufblasdichtung des Anpresswerkzeugs aufliegt und mit einem sich zwischen seinen axialen Enden erstreckenden Basisbereich wenigstens einen Druckraum des Anpresswerkzeugs radial umgibt; Einbringen des Hohlkörpers in den Statorkörper oder in ein Formwerkzeug vor oder während oder nach dem Aufbringen des Hohlkörpers auf das Anpresswerkzeug; insbesondere Ausrichten des Hohlkörpers in Bezug zum Statorkörper; Druckbeaufschlagung der Aufblasdichtungen zur Abdichtung des Druckraums; Druckbeaufschlagung des Druckraums zum Anpressen des Hohlkörpers an den Statorkörper oder an das Formwerkzeug; Aushärten des Hohlkörpers. Insbesondere stellt der Hohlkörper nach dem Aushärten dann die Abdichteinrichtung bereit oder ist Teil einer solchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass das Anpressen und Ausformen des Hohlkörpers im Stator vollständig oder zumindest weitgehend automatisiert ermöglicht wird. Dabei bietet das Anpresswerkzeug mit dem Druckraum und den Aufblasdichtungen ein besonders gleichmäßiges und präzises Anpressen. Zugleich steht dabei eine hohe Flexibilität bereit, da das Anpresswerkzeug einen besonders großen Toleranzbereich abdecken kann. Zudem kann das Verfahren konstruktiv unaufwendig umgesetzt werden, beispielsweise werden kaum mechanische Bauteile und auch keine bzw. nur sehr geringe Mengen an Hilfsmitteln zur Abdichtung zwischen Hohlkörper und dem Druckraum benötigt.
Einen besonderen Vorteil bietet die Erfindung, wenn der Hohlkörper direkt im Statorkörper ausgeformt bzw. ausgehärtet wird. Dadurch wird der Hohlkörper bereits vor bzw. während des Aushärtens eng und ggfs. stoffschlüssig an den Statorkörper angefügt. Dadurch kann die Abdichteinrichtung dann später im Betrieb der elektrischen Maschine die Stützwirkung des Stators nutzen und somit besonders dünn ausgeführt werden. Dadurch wird der Einfluss der Abdichteinrichtung auf die elektromagnetischen Eigenschaften der Maschine erheblich verringert. Auch können so Bauraum und Gewicht gespart werden. Insgesamt bietet die Erfindung daher auch Vorteile in Hinblick auf die Reichweite von Elektrofahrzeugen.
Vorteilhaft ist aber auch das Verfahren, bei dem der Hohlkörper in das Formwerkzeug gepresst wird. Das ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn eine weitere Bearbeitung der Abdichteinrichtung nach dem Aushärten des Hohlkörpers vorgesehen ist und die Abdichteinrichtung erst später in den Statorkörper eingesetzt wird.
Vorzugsweise wird der Druckraum mit einem geringeren Druck als die Aufblasdichtungen beaufschlagt. Möglich ist auch, dass der Druckraum mit dem gleichen Druck wie die Aufblasdichtungen beaufschlagt wird. Das Anpresswerkzeug weist dazu insbesondere wenigstens zwei separate Fluidführungen auf.
Insbesondere ist wenigstens eine Fluidführung für den Druckraum und wenigstens eine Fluidführung für die wenigstens zwei Aufblasdichtungen vorgesehen. Angaben zu Druck oder Temperatur oder anderen Größen beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere auf die bestimmungsgemäßen Herstellungs- bzw. Betriebsbedingungen. Insbesondere ist ein Überdruck vorgesehen.
Die Fluidführungen sind insbesondere derart in dem Anpresswerkzeug angeordnet, dass die Aufblasdichtungen von radial innen versorgt werden können. Insbesondere umfasst das Anpresswerkzeug wenigstens eine Welle. Insbesondere ist die Fluidführung wenigstens abschnittsweise in die Welle integriert. Insbesondere ist die Welle hohl ausgeführt. Als Fluid ist insbesondere Druckluft vorgesehen.
Es ist möglich und vorteilhaft, dass der Hohlkörper während des Aushärtens mitsamt des Anpresswerkzeugs (und insbesondere mitsamt des Statorkörpers oder des Formwerkzeugs) um seine Längsachse gedreht wird. Das ermöglicht ein besonders gleichmäßiges Aushärten ohne störenden Einfluss der Schwerkraft. Dabei kann die Längsachse horizontal oder vertikal oder winkelig zur Horizontalen bzw. Vertikalen angeordnet sein.
Das Drehen des Hohlkörpers erfolgt vorzugsweise mittels einer an einer Außenseite des Statorkörpers oder des Formwerkzeugs anliegenden Rolleneinrichtung. Die Rolleneinrichtung umfasst insbesondere wenigstens zwei oder eine Mehrzahl von Radialrollen. Insbesondere ist die Rollrichtung quer zur Längsrichtung des Hohlkörpers ausgebildet. Insbesondere sind die Drehachsen der Rollen in Längsrichtung des Hohlkörpers oder gezielt angewinkelt zur Längsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet.
Möglich und vorteilhaft ist auch, dass das Anpresswerkzeug (insbesondere motorisch) drehbar an einer Trageinrichtung aufgenommen ist. Vorzugsweise erfolgt das Drehen des Hohlkörpers (insbesondere mitsamt des Stators bzw. Formwerkzeugs) durch ein Drehen des Anpresswerkzeugs. Insbesondere ist das Anpresswerkzeug auf einer antreibbaren Welle befestigt. Die Welle ist dabei an der Trageinrichtung gelagert. Das Anpresswerkzeug ist insbesondere mit nur einem axialen Ende an der Trageinrichtung gelagert. Beispielsweise ist das Anpresswerkzeug in der Art eines Kragarms an der Trageinrichtung aufgenommen.
Vorzugsweise wird der Stator dann von außen radial und axial fixiert. So wird gewährleistet, dass der Kragarm nicht zu sehr auf Biegung belastet wird. Möglich ist aber auch, dass das Anpresswerkzeug (wenigstens während des Drehens zum Aushärten des Hohlkörpers) an seinen beiden axialen Enden drehbar gelagert ist. Ein solches aktives Drehen des Anpresswerkzeugs und das zuvor beschriebene Drehen an der Außenseite können alternativ oder soweit sinnvoll auch kombiniert erfolgen. Möglich und vorteilhaft ist auch eine Kombination aus der Verwendung der Rolleneinrichtung und der drehbaren Trageinrichtung.
Möglich ist auch, dass das Drehen während des Aushärtens des Hohlkörpers mit einer anderen geeigneten Einrichtung erfolgt. Beispielsweise ist dazu ein Manipulator bzw. Industrieroboter vorgesehen, welcher den Hohlkörper mitsamt des Anpresswerkzeugs und insbesondere auch mitsamt des Statorkörpers oder des Formwerkzeugs dreht.
Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen des unausgehärteten Hohlkörpers auf das Anpresswerkzeug mit einer an einer Außenseite des Statorkörpers oder des Formwerkzeugs anliegenden Aufschubeinheit. Möglich ist auch, dass die Aufschubeinheit wenigstens abschnittsweise an einer Außenseite des Hohlkörpers anliegt. Insbesondere umfasst die Aufschubeinheit wenigstens zwei oder eine Mehrzahl von Axialrollen. Insbesondere ist die Rollrichtung in Längsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet. Insbesondere sind die Drehachsen der Rollen quer zur Längsrichtung des Hohlkörpers ausgerichtet. Eine solche Aufschubeinheit ermöglicht ein besonders unaufwendiges und zugleich zuverlässiges Aufbringen des Hohlkörpers auf das Anpresswerkzeug. Alternativ oder zusätzlich kann das Aufbringen des Hohlkörpers auf das Anpresswerkzeug auch mit einem Roboter erfolgen.
Vorzugsweise wird der Hohlkörper in den Stator (bzw. in das Formwerkzeug) eingebracht und anschließend werden Stator und Hohlkörper auf das Anpresswerkzeug aufgebracht. Möglich und vorteilhaft ist aber auch, dass der Hohlkörper auf das Anpresswerkzeug aufgebracht wird und anschließend werden Hohlkörper und Anpresswerkzeug in den Stator (bzw. in das Formwerkzeug) eingebracht.
Das Aufbringen des Hohlkörpers auf das Anpresswerkzeug kann auch mit einer anderen geeigneten Einrichtung erfolgen, beispielsweise mit einem Manipulator, welcher den Hohlkörper zusammen mit dem Statorkörper bzw. dem Formwerkzeug greift und auf das Anpresswerkzeug aufschiebt. Möglich ist auch, dass der Hohlkörper zusammen mit dem Statorkörper oder dem Formwerkzeug stationär positioniert sind und das Anpresswerkzeug mittels der Aufschubeinheit oder eines Manipulators oder einer anderen geeigneten Einrichtung in den Hohlkörper eingeschoben wird.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Hohlkörper und dem Anpresswerkzeug wenigstens ein druckdichtes Fertigungshilfsmittel angeordnet wird. Dabei dichtet das Fertigungshilfsmittel die Aufblasdichtungen und den Druckraum zum Hohlkörper ab. Ein solches Fertigungshilfsmittel ist beispielsweise bei der Verwendung eines nicht druckfesten Faserverbundwerkstoffs von Vorteil. Das Fertigungshilfsmittel umfasst insbesondere wenigstens eine Folie und vorzugsweise wenigstens einen Folienschlauch und/oder wenigstens einen Schrumpfschlauch oder ist derart ausgebildet.
Möglich und bevorzugt ist aber auch die Verwendung eines Hohlkörpers, welcher bereits im unausgehärteten Zustand derart druckfest ist, dass er ohne Fertigungshilfsmittel im Anpresswerkzeug verwendet und ausgehärtet werden kann.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass an den axialen Enden des unausgehärteten Hohlkörpers jeweils wenigstens ein Stützring angeordnet wird. Es kann auch nur an einem Ende wenigstens ein Stützkörper angeordnet werden. Vorzugsweise wird der Hohlkörper derart auf dem Anpresswerkzeug ausgerichtet, dass die Stützringe in Bezug auf ihre axiale Position wenigstens teilweise zwischen den Aufblasdichtungen angeordnet sind. Es ist möglich, dass dabei ein Stützring oder beide Stützringe teilweise mit den Aufblasdichtungen überlappen. Möglich ist auch, dass ein Stützring oder beide Stützringe überhaupt nicht mit den Aufblasdichtungen überlappen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Stützringe nicht axial weiter außen angeordnet werden als die Aufblasdichtungen.
Vorzugsweise sind die Stützringe wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Möglich sind auch andere Werkstoffe. Die Stützringe können in einem unausgehärteten Zustand oder auch im ausgehärteten Zustand auf den (unausgehärteten) Hohlkörper aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft und bevorzugt ist, dass die Stützringe im ausgehärteten Zustand in den Statorkörper eingebracht werden und insbesondere dort befestigt (z. B. eingepresst und/oder eingeklebt) werden.
Vorzugsweise umgeben die Stützringe den Hohlkörper an seiner radialen Außenseite wenigstens abschnittsweise. Vorzugsweise werden die Stützringe in Bezug auf den Statorkörper oder das Formwerkzeug radial innen angeordnet. Vorzugsweise wird der Hohlkörper zwischen dem Anpresswerkzeug und den Stützringen angeordnet. Mit dem hier vorgestellten Verfahren kann eine Abdichteinrichtung mit Stützringen besonders vorteilhaft hergestellt werden. Denn das Anpresswerkzeug funktioniert auch bei solchen Toleranzen zuverlässig, welche sich durch die unterschiedlichen Durchmesserbereiche (Bereiche mit Stützring und ohne Stützring) ergeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die axialen Enden des unausgehärteten Hohlkörpers mittels wenigstens eines Formwerkzeugs (und somit ohne die Verwendung der Stützringe) ausgebildet werden. Anschließend kann an den axialen Enden jeweils wenigstens ein Stützring aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird der Druckraum des Anpresswerkzeugs überlappend zu den Stützringen angeordnet. Insbesondere wird der Druckraum derart überlappend zu den Stützringen angeordnet, dass mit dem Anpressdruck des Druckraums auch die Stützringe gegen den Statorkörper oder das Formwerkzeug gedrückt werden. Beispielsweise wird dadurch ein besonders fester und vorzugsweise stoffschlüssiger Verbund aus Hohlkörper und Stützringen gebildet, was sich besonders vorteilhaft auf die Gesamtstabilität der Abdichteinrichtung auswirkt.
Vorzugsweise wird der Hohlkörper so ausgerichtet und/oder dimensioniert, dass der Statorkörper oder das Formwerkzeug mit den axialen Enden über den Hohlkörper hinausragen. Insbesondere ist der Statorkörper oder das Formwerkzeug länger als der Hohlkörper ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass ein Teil des ausgehärteten Hohlkörpers an einem axialen Ende oder auch an beiden axialen Enden verworfen und beispielsweise abgetrennt wird. Insbesondere wird der Teil des Hohlkörpers verworfen, welcher radial über den Aufblasdichtungen lag oder weiter axial außen als die Aufblasdichtungen lag. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass ein Abschnitt der Stützringe verworfen wird. Vorzugsweise ist ein solcher Prozess automatisiert ausgebildet, beispielsweise mittels eines Manipulators oder dergleichen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Aushärtens wenigstens zeitweise mittels wenigstens einer an dem Anpresswerkzeug angeordneten Heizeinrichtung definiert Wärme eingebracht wird. Die Heizeinrichtung liegt insbesondere radial innen zum Hohlkörper. Insbesondere kann der Hohlkörper von radial innen her erwärmt werden. Die Heizeinrichtung ist insbesondere in und/oder an der Welle des Anpresswerkzeugs angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass die Welle mittels der Heizeinrichtung definiert temperiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch von radial außen definiert Wärme in den Hohlkörper und/oder den Statorkörper oder das Formwerkzeug eingebracht werden. Die Heizeinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, den Hohlkörper während des Drehens zu temperieren.
Insbesondere wird der bestimmungsgemäß ausgehärtete Hohlkörper vorzugsweise zusammen mit dem Statorkörper oder dem Formwerkzeug von dem Anpresswerkzeug entnommen und besonders bevorzugt automatisiert entnommen. Beispielsweise erfolgt dies mittels der Aufschubvorrichtung, welche dazu in entgegengesetzter Richtung betrieben wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Entnahme auch mittels eines Manipulators erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Herstellung eines hohlzylindrischen Bauteils aus Faserverbundwerkstoff und vorzugsweise zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine geeignet und ausgebildet. Die Vorrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, das Verfahren wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig automatisiert durchzuführen.
Auch mit einer solchen Vorrichtung kann die erfindungsgemäße Aufgabe besonders vorteilhaft aufgelöst werden. Die mit der Vorrichtung hergestellte Abdichteinrichtung ist dabei so ausgebildet, wie es zuvor beschrieben wurde. Insbesondere umfasst die Vorrichtung die zuvor beschriebenen Mittel zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die zuvor beschriebenen Verfahrenschritte auszuführen.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Anpresswerkzeug und insbesondere wenigstens eine Rolleneinrichtung und insbesondere wenigstens eine Trageinrichtung und insbesondere wenigstens eine Aufschubeinheit und insbesondere wenigstens einer Heizeinrichtung. Das Anpresswerkzeug umfasst insbesondere wenigstens eine Aufblasdichtung und vorzugsweise wenigstens zwei voneinander beabstandete Aufblasdichtungen. Das Anpresswerkzeug umfasst wenigstens einen Druckraum, welcher vorzugsweise zwischen den Aufblasdichtungen angeordnet ist. Das Anpresswerkzeug ist insbesondere auf einer drehbaren Welle gelagert. Die Welle kann frei drehbar sein oder auch wenigstens zeitweise angetrieben werden. Die Vorrichtung kann weitere Antriebsmittel und/oder wenigstens einen Manipulator umfassen. Die Vorrichtung kann eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Komponenten und/oder Sensormittel zur Überwachung von Positionen, Drücken, Temperaturen und anderen Größen umfassen.
Das Anpresswerkzeug umfasst wenigstens eine Fluidführung zur Beaufschlagung des Druckraums und der Aufblasdichtungen mit jeweils einem definierten Druck. Insbesondere ist das Anpresswerkzeug dazu geeignet und ausgebildet, den Druckraum mit einem Druck zu beaufschlagen, welcher geringer oder gleich dem Druck in den Aufblasdichtungen ist.
Insbesondere stellt der ausgehärtete Hohlkörper wenigstens einen Teil der Abdichteinrichtung bereit. Insbesondere stellt der ausgehärtete Hohlkörper zusammen mit den Stützringen die Abdichteinrichtung bereit. Insbesondere wird für den Hohlkörper im Vorfeld ein Faserverbundhalbzeug wenigstens annähernd in eine definierte geometrische Form gebracht. Insbesondere ist ein Matrixmaterial, in welchem ein Fasermaterial eingebettet ist, noch nicht ausgehärtet, wenn der Hohlkörper auf das Anpresswerkzeug aufgebracht wird. Insbesondere ist der Hohlkörper noch weich bzw. formbar, wenn er auf das Anpresswerkzeug aufgebracht wird. Das eingebrachte Faserverbundhalbzeug umfasst insbesondere ein Fasermaterial und unausgehärtetes Matrixmaterial oder besteht aus solchen Komponenten.
Unter einem Hohlkörper wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein rohrartiger bzw. radial umfänglich geschlossener Körper verstanden. Der Hohlkörper weist insbesondere eine hohlzylindrische Geometrie auf. Insbesondere liegt der Hohlkörper mit seiner radialen Innenseite an dem Anpresswerkzeug an. Mit seiner radialen Außenseite liegt der Hohlkörper insbesondere am Statorkörper oder dem Formwerkzeug an. Zwischen dem Druckraum und den Aufblasdichtungen kann jeweils wenigstens eine Trennwand vorgesehen sein.
Vorzugsweise erfolgt während des Aushärtens des Hohlkörpers auch ein Fügen des Hohlkörpers mit dem Statorkörper. Insbesondere wird die Abdichteinrichtung während ihrer Herstellung fest mit dem Statorkörper verbunden. Besonders bevorzugt ist eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen. Insbesondere wird der Hohlkörper durch das Anpresswerkzeug und durch den Vorgang des Aushärtens mit einer Außenkontur ausgestattet, welche einer Innenkontur des Statorkörpers entspricht (bzw. gegebenenfalls mit einer Innenkontur des Formwerkzeugs).
Die Abdichteinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, den Statorraum zum Rotorraum zwecks direkter Kühlung eines Stators einschließlich einer Statorwicklung mittels eines (flüssigen) Kühlmittels abzudichten. Die Abdichteinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Funktion eines Spaltrohrs zu erfüllen. Der Statorkörper ist insbesondere als ein Statorblechpaket ausgebildet. Im Statorkörper sind insbesondere Aufnahmenuten für eine Statorwicklung ausgebildet. Insbesondere werden auch die Aufnahmenuten durch die Abdichteinrichtung abgedichtet. Insbesondere liegen die Aufnahmenuten im Statorraum.
Die Aufblasdichtungen sind insbesondere umfänglich geschlossen bzw. ringartig ausgebildet. Die Aufblasdichtungen erstrecken sich insbesondere einmal um eine Welle des Anpresswerkzeugs. Der Druckraum ist insbesondere umfänglich geschlossen bzw. ringartig ausgebildet. Der Druckraum und die Aufblasdichtungen erstrecken sich insbesondere vollständig um den Umfang des Anpresswerkzeugs und vorzugsweise dessen Welle.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer geschnittenen Seitenansicht;
2 die Vorrichtung der 1 in einer entlang der Linie A-A geschnittenen Ansicht;
3 die Vorrichtung der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht während eines anderen Verfahrensschritts; und
4 die Vorrichtung der 3 in einer entlang der Linie B-B geschnittenen Ansicht.

1 zeigt eine Vorrichtung 9 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer hier noch nicht fertiggestellten Abdichteinrichtung 1 für eine hier nur teilweise dargestellte elektrische Maschine 10. Die Abdichteinrichtung 1 wird wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Das hier vorgestellte Verfahren und die Vorrichtung können auch zur Herstellung eines anderen hohlzylindrischen Bauteils aus Faserverbundwerkstoff eingesetzt werden.
Die Abdichteinrichtung 1 dient zur Abdichtung eines Statorraums 21 eines Statorkörpers 11 gegenüber einem Rotorraum 31 zur Aufnahme eines hier nicht gezeigten Rotors. Die Abdichteinrichtung 1 ermöglicht eine direkte Kühlung des Statorkörpers 11 und der darin aufgenommenen Statorwicklung mit einem flüssigen Kühlmittel.
Im Folgenden werden nun das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Betrieb der Vorrichtung 9 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit Bezug zu den 1 bis 4 näher vorgestellt.
Zunächst wird ein Hohlkörper 2 aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet und in einem unausgehärteten Zustand belassen. Beispielsweise werden dazu Faserverbundhalbzeuge bestehend aus Fasermaterial und unausgehärtetem Matrixmaterial oder vorzugsweise Prepregs so angeordnet und geformt, dass sich eine rohrartige Geometrie für den Hohlkörper 2 ergibt. Sodann wird der unausgehärtete und flexible Hohlkörper 2 auf ein Anpresswerkzeug 3 aufgebracht. Dieser Teil des Verfahrens ist in den 1 und 2 besonders gut zu erkennen.
Nun wird der Hohlkörper 2 in den Statorkörper 11 eingesetzt. Zudem wird der Hohlkörper 2 an seinen axialen Enden mit Stützringen 22 ausgestattet. Die Stützringe 22 sind beispielsweise aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigt. Die Stützringe 22 sind hier in radialer Bezugsrichtung zwischen dem Hohlkörper 2 und dem Statorkörper 11 angeordnet.
Die Position der Stützringe 22 ist hier nur rein schematisch zur besseren Veranschaulichung des Herstellungsprozesses skizziert. Oberhalb der Stützringe 22 ist hier rein beispielhaft eine Verlängerung des Statorkörpers 11 unterhalb der hier nicht dargestellten Wickelköpfe dargestellt. Eine solche Statorverlängerung kann an den Statorkörper 11 angeformt sein oder durch Einsatz der Stützringe 22 ausgeführt werden. Die Anlagefläche kann auch durch das Formwerkzeug 4 gewährleistet werden, um im Bereich unterhalb der Wickelköpfe (außerhalb des Statorkörpers 11) die Abdichteinrichtung 1 (Liner) in die gewünschte Form zu bringen.
Die Position der Stützringe 22 zu den Aufblasdichtungen 13 ist hier ebenfalls nur rein schematisch zur Veranschaulichung des Herstellungsprozesses angedeutet. Die Aufblasdichtungen 13 können je nach Anwendungsfall (z. B bei vorgesehener mechanischer Nachbearbeitung) axial über den Bereich der Stützringe 22 hinaus gehen oder auch bündig damit enden oder sogar davor enden.
Sodann werden der Hohlkörper 2 und der Statorkörper 11 zusammen auf eine Welle 33 des Anpresswerkzeugs 3 aufgeschoben. Dazu ist hier eine Aufschubeinheit 7 mit Axialrollen 17 vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann das Aufschieben auch mit einer anderen Einrichtung und beispielsweise einem Manipulator erfolgen.
Mittels der Aufschubeinheit 7 werden der Hohlkörper 2 und der Statorkörper 11 so gegenüber dem Anpresswerkzeug 3 positioniert, dass der Hohlkörper 2 das Anpresswerkzeug 3 wenigstens teilweise in koaxialer Weisung umgibt und mit seinen axialen Enden auf jeweils wenigstens einer Aufblasdichtung 13 aufliegt. Zudem wird der Hohlkörper 2 so ausgerichtet, dass er sich mit einem zwischen seinen axialen Enden erstreckenden Basisbereich in koaxialer Weise um einen Druckraum 23 erstreckt. Das Anpresswerkzeug 3 bietet dabei eine besonders vorteilhafte Fixierung des Hohlkörpers 2 in Bezug zu dem Statorkörper 11. Der final aufgeschobene und ausgerichtete Hohlkörper 2 ist in den 3 und 4 gut zu erkennen.
Die Aufblasdichtungen 13 ermöglichen einen besonders großen Hub, sodass ausreichend Freigang beim Ein- und Ausfahren des Anpresswerkzeugs aus bzw. in den Hohlkörper zur Verfügung steht. Zudem bietet das Anpresswerkzeug insgesamt einen großen Toleranzbereich, sodass Doppelpassungen oder Verspannungen zuverlässig vermieden werden.
Die Aufblasdichtungen 13 werden sodann mit einem Druck beaufschlagt. Zudem wird der Druckraum 23 mit einem Druck beaufschlagt, welcher hier geringer ist als der Druck in den Aufblasdichtungen 13. Zur Druckbeaufschlagung sind hier zwei Fluidführungen 43 vorgesehen, welche teilweise innerhalb der Welle 33 verlaufen. Eine Fluidführung 43 dient zur Versorgung der Aufblasdichtungen 13 und eine Fluidführung 43 zur Versorgung des Druckraums 23. Als Fluid ist hier Druckluft vorgesehen. Eine Koppelung der Drücke zwischen Aufblasdichtung 13 und Druckraum 23 mittels eines Druckreduktionsbauteils ermöglicht hier die Versorgung beider Druckbereiche mit einer Versorgungsleitung. Der Druckraum 23 ist hier durch Trennwände 53 von den Aufblasdichtungen 13 abgetrennt.
Nach dem Anpressen des Hohlkörpers 2 gegen die radiale Innenseite des Statorkörpers 11 erfolgt das gezielte Aushärten. Dabei wird der Hohlkörper 2 mitsamt des Anpresswerkzeugs 3 und des Statorkörpers 11 um seine Längsachse gedreht. Dazu ist hier eine Rolleneinrichtung 5 mit einer Mehrzahl von Radialrollen 15 vorgesehen. Für das Drehen des Anpresswerkzeugs 3 ist dessen Welle 33 hier drehbar an einer Trageinrichtung 6 gelagert.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das Anpresswerkzeug 3 zusammen mit dem Hohlkörper 2 und dem Statorkörper 11 dadurch gedreht wird, dass die Welle 33 der Trageinrichtung 6 motorisch angetrieben wird. Dabei ist von Vorteil, wenn die Trageinrichtung 6 (wie hier gezeigt) in der Art eines Kragarms einseitig gelagert ist. So kann der Statorkörper 11 problemlos eingebracht werden (z. B. durch Aufschieben oder mit einem Roboter). Um den Kragarm und die Aufblasdichtungen 13 usw. dabei nicht zu sehr auf Biegung zu belasten, wird der Statorkörper 11 vorzugsweise von außen in axialer und radialer Richtung fixiert. In dem hier gezeigten Beispiel wäre die Lagerung der Trageinrichtung 6 auf der linken Seite positioniert. Zum Beispiel an der sich radial erstreckenden Scheibe oder links davon oder auch auf beiden Seiten (unter Berücksichtigung der notwendigen Abstützweite).
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Anpresswerkzeug 3 zusammen mit dem Hohlkörper 2 und dem Statorkörper 11 mittels einer Manipulatoreinrichtung bzw. Roboter oder einer anderen geeigneten Einrichtung gedreht wird.
Während des Aushärtens und auch während des Drehens erfolgt hier bedarfsweise eine Wärmezufuhr, um den Prozess des Aushärtens gezielt beeinflussen zu können. Dazu ist eine Heizeinrichtung 8 vorgesehen. Die Heizeinrichtung 8 ist beispielsweise an die Welle 33 gekoppelt, sodass diese im Betrieb gezielt temperiert werden kann.
Das hier gezeigte Verfahren kann auch anstelle des Statorkörpers 11 mit einem Formwerkzeug 4 ausgeführt werden. Dann wird der Hohlkörper 2 nicht direkt im Statorkörper 11 ausgeformt, sondern in dem Formwerkzeug 4. Die übrigen Verfahrensschritte bleiben im Wesentlichen gleich.
Bezugszeichenliste

1: Abdichteinrichtung
2: Hohlkörper
3: Anpresswerkzeug
4: Formwerkzeug
5: Rolleneinrichtung
6: Trageinrichtung
7: Aufschubeinheit
8: Heizeinrichtung
9: Vorrichtung
10: Maschine
11: Statorkörper
12: Fertigungshilfsmittel
13: Aufblasdichtung
15: Radialrollen
17: Axialrollen
21: Statorraum
22: Stützring
23: Druckraum
31: Rotorraum
33: Welle
43: Fluidführung
53: Trennwand

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung (1) für eine elektrische Maschine (10) zum Abdichten eines Statorraums (21) eines Statorkörpers (11) zu einem Rotorraum (31), wobei die Abdichteinrichtung (1) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Hohlkörpers (2) aus unausgehärtetem Faserverbundwerkstoff; Aufbringen des Hohlkörpers (2) auf ein Anpresswerkzeug (3), sodass der Hohlkörper (2) das Anpresswerkzeug (3) wenigstens teilweise in koaxialer Weise umgibt und mit seinen axialen Enden auf jeweils wenigstens einer Aufblasdichtung (13) des Anpresswerkzeugs (3) aufliegt und mit einem sich zwischen seinen axialen Enden erstreckenden Basisbereich wenigstens einen Druckraum (23) des Anpresswerkzeugs (3) radial umgibt; Einbringen des Hohlkörpers (2) in den Statorkörper (11) oder in ein Formwerkzeug (4) vor oder während oder nach dem Aufbringen des Hohlkörpers (2) auf das Anpresswerkzeug (3); Druckbeaufschlagung der Aufblasdichtungen (13) zur Abdichtung des Druckraums (23); Druckbeaufschlagung des Druckraums (23) zum Anpressen des Hohlkörpers (2) an den Statorkörper (11) oder an das Formwerkzeug (4); Aushärten des Hohlkörpers (2).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Druckraum (23) mit einem geringeren Druck als die Aufblasdichtungen (13) oder mit dem gleichen Druck wie die Aufblasdichtungen (13) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hohlkörper (2) während des Aushärtens mitsamt des Anpresswerkzeugs (3) um seine Längsachse gedreht wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Drehen des Hohlkörpers (2) mittels wenigstens einer an einer Außenseite des Statorkörpers (11) oder des Formwerkzeugs (4) anliegenden Rolleneinrichtung (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anpresswerkzeug (3) drehbar an einer Trageinrichtung (6) aufgenommen ist und wobei das Drehen des Hohlkörpers (2) durch ein Drehen des Anpresswerkzeugs (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen des Hohlkörpers (2) auf das Anpresswerkzeug (3) mittels wenigstens einer an einer Außenseite des Statorkörpers (11) oder Formwerkzeugs (4) anliegenden Aufschubeinheit (7) oder mittels eines Roboters erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Hohlkörper (2) und dem Anpresswerkzeug (3) wenigstens ein druckdichtes Fertigungshilfsmittel (12) angeordnet wird und wobei das Fertigungshilfsmittel (12) die Aufblasdichtungen (13) und den Druckraum (23) radial umspannt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den axialen Enden des unausgehärteten Hohlkörpers (2) jeweils wenigstens ein Stützring (22) angeordnet wird und wobei der Hohlkörper (2) derart auf dem Anpresswerkzeug (3) ausgerichtet wird, dass die Stützringe (22) in Bezug auf ihre axiale Position wenigstens teilweise zwischen den Aufblasdichtungen (13) angeordnet sind.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Stützringe den Hohlkörper (2) an seiner radialen Außenseite abschnittsweise umgeben und wobei die Stützringe (22) in Bezug auf den Statorkörper (11) oder das Formwerkzeug (4) radial innen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckraum (23) des Anpresswerkzeugs (3) überlappend zu den Stützringen (22) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Statorkörper (11) oder das Formwerkzeug (4) mit den axialen Enden über den Hohlkörper (2) hinausragen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Aushärtens mittels wenigstens einer an dem Anpresswerkzeug (3) angeordneten Heizeinrichtung (8) definiert Wärme eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bestimmungsgemäß ausgehärtete Hohlkörper (2) zusammen mit dem Statorkörper (11) oder dem Formwerkzeug (4) von dem Anpresswerkzeug (3) entnommen wird.
Vorrichtung (9), geeignet und ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Abdichteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.