DE102021209602A1

DE102021209602A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor und Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Rotorbandage

Info

Publication number: DE102021209602A1
Application number: DE102021209602.6A
Authority: DE
Inventors: Konrad Buettner; Ignacio Lobo Casanova; Matthias WESA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-09-01
Filing date: 2021-09-01
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage (102) auf einen Rotor (112) vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des drehbaren Anordnens des Rotors (112) und einen Schritt des Drehens des Rotors (112) umfasst, um ein bandförmiges Halbzeug (110) um eine Mantelfläche des Rotors (112) zu wickeln, um die Rotorbandage (102) auf den Rotor (112) aufzubringen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor und eine Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Rotorbandage.
Rotoren werden beispielsweis in Elektromotoren eingesetzt, die beispielsweise für Fahrzeuge verwendet werden. In der Regel weisen Elektromotoren in einem solchen Zusammenhang einen Rotor, einen Stator und eine Mehrzahl von magnetischen Elementen auf. Auch werden Rotoren für Schwingräder verwendet.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor und eine verbesserte Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Rotorbandage gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Mit dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Möglichkeit geschaffen, um einen Rotor sehr schnell mit einer Rotorbandage zu versehen. Dies kann bei geringen Kosten und einer geringen Abfallproduktmenge erreicht werden, was besonders im Hinblick auf Nachhaltigkeit positiv ist.
Es wird ein Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des drehbaren Anordnens des Rotors und einen Schritt des Drehens des Rotors umfasst, um ein bandförmiges Halbzeug um eine Mantelfläche des Rotors zu wickeln, um die Rotorbandage auf den Rotor aufzubringen.
Unter einem Rotor kann ein im Betrieb rotationsbelasteter Körper, wie z.B. ein Rotor einer elektrischen Maschine oder eines Schwungrads verstanden werden. Die Rotorbandage kann eine Ummantelung zur Aufnahme von aus der Zentrifugalkraft resultierenden radialen und tangentialen Kräften verstanden werden. Beispielsweise kann die Rotorbandage als eine dünne Gewebeschicht ausgeführt sein oder eine entsprechende Gewebeschicht umfassen. Die Rotorbandage kann eine geringe Wandstärke von beispielsweise weniger als 5mm oder weniger als 2mm aufweisen. Das Verfahren kann vorteilhafterweise unter Verwendung einer Herstellungsvorrichtung durchgeführt werden, die beispielsweise eine Wickeleinheit und eine Aushärteeinheit aufweisen kann. Der herzustellende Rotor kann beispielsweise in Verbindung mit einem Elektromotor als Einsatzgebiet stehen, beispielsweise für die Automobilbranche. Der Rotor kann vorteilhafterweise auf ein drehbares Element der Herstellungsvorrichtung angeordnet werden. Das bandförmige Halbzeug kann vorteilhafterweise mittels Magnetkräfte auf der Mantelfläche des Rotors gehalten werden. Vorteilhafterweise kann durch das Verfahren eine kurze Fertigungsdauer zum Fertigen der Rotorbandagen erreicht werden. Vorteilhafterweise können die Schritte des Verfahrens vollautomatisiert ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Aufbringens eines Bindemittels auf das Halbzeug während des Schrittes des Drehens umfassen. Das Bindemittel kann vorteilhafterweise ausgebildet sein, um eine Fixierwirkung einzelner Fasern des Halbzeugs miteinander zu verbessern. Vorteilhafterweise kann das Halbzeug im Anschluss auskühlen um ein Aushärten des Bindemittels zu beschleunigen.
Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Abwickelns des Halbzeugs von einer Rolle während des Schrittes des Drehens umfassen. Die Rolle kann vorteilhafterweise als eine Gelegerolle ausgeformt sein, die beispielsweise seitlich zu dem Rotor angeordnet sein kann, um das Abwickeln zu erleichtern. Vorteilhafterweise kann eine für die Rotorbandage benötigte Menge des Halbzeugs durch Drehen des Rotors von der Rolle abgewickelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Vereinens einzelner Fasern umfassen, um das Halbzeug während des Schrittes des Drehens herzustellen. Die Fasern können beispielsweise auf einzelnen Spulen angeordnet sein, die durch das Drehen des Rotors abgewickelt werden. Weiterhin können die Fasern beispielsweise im Schritt des Vereinens zu dem Halbzeug geformt werden, sodass das Halbzeug vorteilhafterweise einen höheren Faservolumengehalt aufweist als die einzelnen Fasern, wodurch vorteilhafterweise eine Reißfestigkeit verbessert wird. Vorteilhafterweise kann eine Zusammensetzung der Rotorbandage individuell auf zu bandagierende Rotoren abgestimmt werden.
In einem Schritt des Abtrennens kann ein nicht um den Rotor gewickelter Abschnitt des bandförmigen Halbzeugs nach dem Schritt des Drehens abgetrennt werden. Vorteilhafterweise kann das Halbzeug mittels Schneiden abgetrennt werden, nachdem die Mantelfläche des Rotors vollständig mit dem Halbzeug bedeckt ist. Vorteilhafterweise kann im Anschluss ein weiterer Rotor mit dem verbliebenen Halbzeug umwickelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Abtrennens zwei freie Enden der Rotorbandage über eine Stoßverbindung oder eine Überlappungsverbindung miteinander verbunden werden. Im Falle der Stoßverbindung bedeutet das, dass beispielsweise zwei Schnittstellen des Halbzeugs derart an dem Rotor angeordnet sein können, dass sie sich berühren. Bei der Überlappungsverbindung können sich die Enden der Rotorbandage überlappen, sodass die Rotorbandage in einem Überlappungsbereich dicker sein kann als entlang des restlichen Umfangs der Rotorbandage.
Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Auftragens eines Härtungsmaterials auf die Rotorbandage nach dem Schritt des Drehens des Rotors umfassen. Das Härtungsmaterial kann beispielsweise Harz sein, das auf die Rotorbandage aufgetragen wird, nachdem die Rotorbandage auf dem Rotor angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann das Härtungsmaterial im Anschluss ausgehärtet werden, um die auf dem Rotor angeordnete Rotorbandage auf dem Rotor zu fixieren.
In einem Schritt des Einlegens kann der die Rotorbandage tragende Rotor in eine Aushärteeinheit zum Aushärten des Härtungsmaterials eingelegt werden. Der Rotor kann beispielsweise als Rohling oder als Preform bezeichnet werden, die in die Aushärteeinheit eingesetzt werden kann. Die Aushärteeinheit kann beispielsweise als ein eigenständiges Gerät ausgeformt sein, der mit beispielsweise einer Wickeleinheit der Herstellungsvorrichtung verbunden sein kann. Beispielsweise kann die Aushärteeinheit als eine Presse ausgeformt sein. Weiterhin können vorteilhafterweise Magnetelemente des Rotors während einer Herstellung gekühlt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Schritt des Auftragens des Härtungsmaterials vor dem Schritt des Einlegens durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann das Härtungsmaterial dann aufgetragen werden, wenn ein Greifarm der Herstellungsvorrichtung den Rotor aufgenommen hat, nachdem die Rotorbandage auf dem Rotor angeordnet ist. Alternativ kann das Härtungsmaterial bereits auf die Rotorbandage aufbracht werden, bevor die Preform beispielsweise aus der Wickeleinheit entnommen und in die Aushärteeinheit eingelegt wird.
Ferner kann der Schritt des Auftragens des Härtungsmaterials nach dem Schritt des Einlegens durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann das Härtungsmaterial nach dem Einlegen ausgehärtet werden, um die Rotorbandage beispielsweise zu fixieren.
Das Verfahren kann einen Schritt des Erzeugens eines Vakuums in der Aushärteeinheit nach dem Schritt des Einlegens und vor dem Schritt des Auftragens umfassen, wobei im Schritt des Auftragens unter Verwendung des Vakuums das Härtungsmaterial aufgetragen wird. Vorteilhafterweise kann das Härtungsmaterial unter Verwendung des Vakuums auf mindestens einen mit der Rotorbandage umwickelten Rotor, genauer gesagt auf die Rotorbandage, aufgebracht werden. Vorteilhafterweise kann die Aushärteeinheit in diesem Fall als eine Presse ausgeformt sein, die beispielsweise ausgebildet sein kann, um die Rotorbandage in eine gewünschte Formt zu bringen.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des drehbaren Anordnens der Rotor drehbar angeordnet werden, der eine Magnetanordnung aufweist. Ein solcher Rotor eignet sich für eine elektrische Maschine, beispielsweise eine Synchronmaschine.
Der Rotor kann im Schritt des Drehens gedreht werden, um das bandförmige Halbzeug um den Rotor zu wickeln. Das Halbzeug kann als ein Gelege ausgeformt sein, das Glasfasern, Carbonfasern oder Aramidfasern aufweisen kann. Vorteilhafterweise kann die Herstellungsvorrichtung flexibel für unterschiedliche Arten von Halbzeug eingesetzt werden. Vorteilhafterweise kann das Halbzeug bereits vorgefertigt bereitgestellt werden oder alternativ auch direkt bei einem Durchführen des Verfahrens hergestellt werden.
Ferner kann im Schritt des drehbaren Anordnens eine Mehrzahl von Rotoren drehbar angeordnet werden. Im Schritt des Drehens kann die Mehrzahl von Rotoren gedreht werden, um jeweils ein bandförmiges Halbzeug um eine Mantelfläche eines Rotors aus der Mehrzahl von Rotoren wickeln zu können, um jeweils eine Rotorbandage auf die Mehrzahl von Rotoren aufzubringen. Vorteilhafterweise können beispielsweise zwei Rotoren oder mehr rotoren gleichzeitig umwickelt werden.
Außerdem wird eine Herstellungsvorrichtung zum Herstellen einer Rotorbandage vorgestellt, die eine Bereitstelleinheit zum Bereitstellen eines bandförmigen Halbzeugs, eine Dreheinheit zum drehbaren Anordnen eines Rotors und eine Steuereinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um ein Drehsignal an die Dreheinheit bereitzustellen, um ein Drehen des Rotors zu bewirken, um ein bandförmiges Halbzeug um eine Mantelfläche des Rotors zu wickeln, um die Rotorbandage auf den Rotor aufzubringen.
Vorteilhafterweise kann die Herstellungsvorrichtung als Wickeleinheit bezeichnet werden, die ausgebildet sein kann, um den Rotor mit einer Rotorbandage zu umwickeln. Die Bereitstelleinheit kann vorteilhafterweise derart ausgebildet sein, um das Halbzeug beispielsweise spulenartig aufzunehmen und bereitzustellen, damit der Rotor mit dem Halbzeug umwickelt werden kann. Eine Steuereinrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Steuereinrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Vorteilhafterweise können dadurch mechanische Spannungen in einem Magnetblech reduziert werden sowie generell günstige Magnetbleche oder Magnetmaterialien zum Einsatz kommen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Herstellungsvorrichtung eine Aushärteeinheit aufweisen, die ausgebildet ist, um den die Rotorbandage tragenden Rotor aufzunehmen, um ein Härtungsmaterial auszuhärten. Die Aushärteeinheit kann beispielsweise als Teil der Herstellungsvorrichtung ausgeformt sein, die jedoch als ein eigenständiges Gerät oder eine stationsartig ausgeformt sein kann. Der die Rotorbandage tragende Rotor kann beispielsweise als eine Preform oder als Rohling bezeichnet werden. Vorteilhafterweise kann dadurch eine Leistungsdichte und somit eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors bei Inbetriebnahme des Rotors erhöht werden. Weiterhin wird eine Aufweitung des Rotationskörpers verringert.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Herstellungsvorrichtung;
2a eine Herstellungsvorrichtung 100 mit einem nicht umwickelten Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2b eine Herstellungsvorrichtung 100 mit einem umwickelten Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2c ein Rotor mit einer Rotorbandage gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3a eine Stoßverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel für einen Rotor;
3b eine Überlappungsverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel für einen Rotor;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms einer Herstellungsvorrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer Aushärteeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
8 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms einer Herstellungsvorrichtung;
9 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
11 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
12 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms einer Herstellungsvorrichtung;
13 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
14 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit;
15 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit; und
16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Herstellungsvorrichtung 100 ist beispielsweise ausgebildet, um eine Rotorbandage 102 herzustellen. Dazu weist die Herstellungsvorrichtung 100 eine Bereitstelleinheit 104, eine Dreheinheit 106 und eine Steuereinrichtung 108 auf. Die Bereitstelleinheit 104 ist ausgebildet, um ein bandförmiges Halbzeug 110 bereitzustellen. Die Dreheinheit 106 ist ausgebildet, um einen zu bandagierenden Rotor 112 drehbar anzuordnen.
Die Steuereinrichtung 108 ist ausgebildet, um ein Drehen des Rotors 112 zu steuern, um einen Abschnitt des bandförmigen Halbzeugs 110 um eine Mantelfläche des Rotors 112 zu wickeln, um die Rotorbandage 102 auf den Rotor 112 aufzubringen. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 108 ausgebildet, um ein Drehsignal 114 an einen Antrieb der Dreheinheit 106 bereitzustellen, um das Drehen des Rotors 112 zu bewirken. Das Halbzeug 110 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einer Vielzahl von Fasern 116 hergestellt. Alternativ wird das Halbzeug 110 bereits vorgefertigt bereitgestellt.
Optional weist die Herstellungsvorrichtung 100 eine Bindeeinheit 118 auf, die ausgebildet ist, um das Halbzeug 110 vor dem Aufbringen auf den Rotor 112 mit einem Bindemittel 122 zu benetzen und im Anschluss daran auszuhärten. Dadurch wird beispielsweise erreicht, dass die Fasern 116 als Halbzeug 110 an einander haften bleiben. Beispielsweise umfasst die Bindeeinheit 118 dazu eine Binderauftragsstation 119 zum Aufbringen des Bindemittels 122 auf das Halbzeug 110 und eine in Bewegungsrichtung des Halbzeugs 110 benachbart dazu angeordnete Aufheizstation 120 zum Erhitzen und damit Aushärten des auf das Halbzeug 110 aufgebrachten Bindemittels 122.
Der hier beschriebene Ansatz basiert auf einem Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Herstellungsvorrichtung 100 und ermöglicht ein kombiniertes Verfahren zur Herstellung von Rotorbandagen, wie der in 1 gezeigten Rotorbandage 102. Solche Rotorbandagen können beispielsweise bei rotationsbelasteten Körpern, beispielsweise Elektromotoren, Generatoren oder Schwungrädern, eingesetzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Fasern 116 unter Verwendung von Faserrovings bereitgestellt. Die Fasern 116 sind dabei beispielsweise Glasfasern, Carbonfasern oder beispielsweise Aramidfasern, die beispielsweise mittels Spulen auf einem Spulengitter 124 angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Rotor 102 unter Verwendung eines Greifarms an der Dreheinheit angeordnet. Optional ist die Steuereinrichtung 108 ausgebildet, um eine Bewegung eines solchen Greifarms zu steuern.
Wenn der Rotor 112 an der Dreheinheit 106 angeordnet ist, wird das Halbzeug 110 an dem Rotor 112 angebracht. Dies erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel automatisiert unter Verwendung einer Anbringungseinrichtung, die beispielsweise verwendet wird, um ein Ende des Halbzeug 110 auf die Mantelfläche des Rotors 112 aufzulegen. Eine Drehung des Rotors 112 unter Verwendung der Dreheinheit 106 verursacht ein Abziehen der Fasern 116, die beispielsweise auch als Faserstränge bezeichnet werden. Auf die Faserstränge wird beim Wickeln gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Fadenvorspannung aufgebracht, um eine Kompaktierung der Fasern 116 zu erreichen und dadurch einen höheren Faservolumengehalt zu erhalten.
Die Fasern 116 werden beispielsweise für einen Harzinjektionsprozess fixiert und dadurch ein so genanntes Fiberwashout verhindert. Lediglich optional werden die Faserstränge durch eine Bindeauftrags- und Aufheizstation, die hier als Bindeeinheit 118 beschrieben wurde, gezogen. Ein Abkühlen des Binders auf dem Rotor 112 verursacht dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Fixierwirkung zwischen den Fasern des Halbzeugs 110 und den Fasern auf dem Rotor 112. Eine Umwicklung der Mantelfläche des Rotors 112 erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine axiale Bewegung eines Fadenauges. Nach einem erfolgten Lagenaufbau wird das Halbzeug 110 abgetrennt und beispielsweise optional der mit der Rotorbandage 102 umwickelte Rotor 112 an die Aushärteeinheit bereitgestellt. Der beschriebene Wickelprozess ermöglicht kurzum eine hohe mechanische Performance der Rotorbandage 102 durch eine Endlosfaserverstärkung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Mantelfläche des zylinderförmigen Rotors 112 sondern auch Ränder der Grundflächen bandagiert. Dies verleiht der Rotorbandage 102 zusätzlichen Halt.
Die 2a bis 2c zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Herstellungsvorrichtung 100 sowie einen damit hergestellten Rotor 112. Die hier dargestellte Herstellungsvorrichtung 100 entspricht oder ähnelt der in 1 beschriebenen Herstellungsvorrichtung 100. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Herstellungsvorrichtung 100 in 2a sowie in 2b dargestellt. 2a zeigt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Herstellungsvorrichtung 100 mit dem nicht umwickelten Rotor 112, das bedeutet, bevor der Rotor 112 mit der Rotorbandage 102 umwickelt ist. 2b zeigt den fertig umwickelten Rotor 112. Das verbleibende Halbzeug 110 ist dabei in 2b bereits von dem umwickelten Rotor 112 abgetrennt dargestellt. Weiterhin in 2c eine vergrößerte Darstellung 200 des Rotors 112 abgebildet, der mit zwei gleichartigen Rotorbandagen 102 mindestens teilweise umwickelt ist. Dies ist beispielsweise unter Verwendung einer Herstellungsvorrichtung 100 realisierbar, wie sie anhand der 2a und 2b beschrieben werden.
Anders ausgedrückt wird das Halbzeug 110 als beispielsweise ein Gelege an beispielsweise einer auch als Materialmagazin bezeichneten Rolle 202 bereitgestellt. Das Halbzeug 110 wird beispielsweise von der Rolle 202 abgezogen und auf einer ebenen Fläche positioniert, bevor ein Ende des Halbzeugs 110, das beispielsweise auch als Lagenanfang bezeichnet wird, an dem Rotor 112 angeordnet wird. Das Anordnen oder Fixieren des Lagenanfangs an dem Rotor 112 erfolgt beispielsweise mittels Abkühlens unter Verwendung eines Kühlstempels eines zuvor aufgeheizten Binders. Weiterhin optional durch ein simultanes Schneiden und Auftragen eines Klebstoffs auf ein Lagenende oder mittels eines Magnetbands, das beispielsweise vor einem Härtungsprozess entfernt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird anschließend der Rotor 112 rotiert, um das Halbzeug auf einem Außenradius, das bedeutet einer Mantelfläche des Rotors 112 zu drapieren. Anschließend wird das Halbzeug 110 von dem mit der Rotorbandage 102 umwickelten Rotor 112 abgetrennt.
Die 3a und 3b zeigen je eine schematische Darstellung eines Rotors 112 mit einer Rotorbandage 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen die 3a und 3b unterschiedliche Verbindungsarten von zwei freien Enden der Rotorbandage 102. Der Rotor 112 wird beispielsweise in einer Herstellungsvorrichtung hergestellt, wie sie in mindestens einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Beispielhaft weist der Rotor 112 eine Mehrzahl von Magnetelementen 300, 301 unterschiedlicher Polarität auf, beispielsweise gegensinnig gepolte Permanentmagnete, die beispielsweise betriebsbereitem Zustand mit einem Magnetfeld eines Stators zusammenwirken, wie es von Elektromotoren her bekannt ist.
3a zeigt ein Ausführungsbeispiel zweier Stoßverbindungen 302, über die die freien Enden des aufgewickelten Halbzeugs miteinander verbunden sind. Die Stoßverbindung erfolgt beispielsweise bei einer Rotation des Rotors 112 von annähernd 360°. Nach einer solchen Rotation liegen freie Enden des durch diese Rotation aufgewickelten Halbzeugs auf gleicher Ebene einander direkt gegenüber. Beispielhaft sind gemäß dem in 3a gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Lagen von Halbzeug übereinander gewickelt. Die beiden Stoßverbindungen 302 sind dabei einander gegenüberliegend angeordnet. Optional werden weitere Lagen von Halbzeug aufgebracht, um die Rotorbandage 102 herzustellen.
3b zeigt ein Ausführungsbeispiel zweier Überlappungsverbindungen 304 der beiden freien Enden der Rotorbandage 102. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Überlappungsbereich 304 vergrößert dargestellt. Dabei ist sichtbar, dass eines der freien Enden 306 auf dem zweiten freien Ende 308 aufliegt. Die Überlappungsverbindung erfolgt beispielsweise bei einer Rotation des Rotors 112 von etwas mehr als 360°. Bei mehreren Lagen werden die Verbindungsstellen um 90° oder um 180° versetzt. Beispielhaft ist in 3b eine Rotorbandage 102 mit zwei Lagen von Halbzeug dargestellt, wobei die beiden Überlappungsverbindungen 304 einander direkt gegenüberliegend angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Überlappungsverbindung 304 der inneren Lage von dem Halbzeug der äußeren Lage überdeckt und somit verstärkt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms 400 einer Herstellungsvorrichtung. Optional ist der Greifarm 400 als Teil einer Herstellungsvorrichtung realisiert oder realisierbar, wie sie in einer der 1 bis 3 beschrieben wurde. Der Greifarm 400 ist ausgeformt, um den mit der Rotorbandage 102 umwickelten Rotor 112 zu greifen, beispielsweise um ihn innerhalb der Herstellungsvorrichtung zu bewegen. Beispielsweise wird der Rotor 112 unter Verwendung des Greifarms 400 in einer Aushärteeinheit angeordnet.
Anhand der 5 bis 7 wird ein Aushärteprozess der Rotorbandage 102 in einer Herstellungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die 5 bis 7 sind dabei als Beispieldarstellungen ausgeführt, die den Aushärteprozess schrittweise und lediglich beispielhaft zeigen. Insgesamt wird ein Einlegen des Rotors 112 in die optional beheizte Aushärteeinheit, ein Schließen der Aushärteeinheit, ein Injizieren eines Härtungsmaterials sowie ein Öffnen der Aushärteeinheit und eine Bauteilentnahme dargestellt. Es wird dadurch eine hohe Laminatqualität erreicht. Weiterhin treten keine Harzdämpfe aus, da es sich um einen geschlossenen Prozess handelt, der zugleich eine axiale Sicherung der Rotorbandage 102 durch das Härtungsmaterial, welches zwischen einzelne Elektrobleche oder Magnete fließt, ermöglicht.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Aushärteeinheit 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Aushärteeinheit 500 ist beispielsweise als eine Presse ausgeformt, die ein Basiselement 502 und ein Deckelelement 504 aufweist. Das Deckelelement 504 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Richtung des Basiselements 502 beweglich angeordnet, sodass beispielsweise in das Basiselement 502 eingelegte Rotoren 112 gepresst werden. Weiterhin weist die Aushärteeinheit 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Injektionseinheit 506 auf, die ausgebildet ist, um das Härtungsmaterial 507, beispielsweise Harz, in die geschlossene Aushärteeinheit 500 zu injizieren, um die Rotorbandagen der Rotoren 112 auszuhärten. Demnach ist es möglich, dass die Rotoren 112 in einem Innenraum der Aushärteeinheit 500 erhitzt werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist weist das Deckelelement 504 eine Aufnahmeöffnung 508 auf, die ausgebildet ist, um die Injektionseinheit 506 aufzunehmen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in 5 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aushärteeinheit 500 lediglich in einem geschlossenen Zustand dargestellt. Das bedeutet, dass das Basiselement 502 und das Deckelelement 504 miteinander verschlossen sind und sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel in ihrem Inneren mindestens ein Rotor 112 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Injektionseinheit 506 in die Aufnahmeöffnung 508 eingeführt, um das Härtungsmaterial 507 in den Innenraum zu injizieren. Lediglich optional wird das Härtungsmaterial 507 unter Verwendung eines Vakuums injiziert, das nach dem Schließen des Basiselements 502 und des Deckelelements 504 erzeugt wird. Weiterhin optional ist es denkbar, dass innerhalb der Aushärteeinheit 500 Wärme erzeugt wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die in 7 dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in den 5 und 6 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein Öffnen der Aushärteeinheit 500 dargestellt, was nach dem Injizieren des Härtemittels durchgeführt wird, wie es in 6 beschrieben wurde.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms 400 einer Herstellungsvorrichtung. Der Greifarm 400 entspricht beispielsweise dem in 4 beschriebenen Greifarm 400. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch zusätzlich die Injektionseinheit 506 der Herstellungsvorrichtung dargestellt, die ausgebildet ist, um die Rotorbandage 102 bereits vor dem Einlegen in die Aushärteeinheit mit dem Härtungsmaterial 507 zu versehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Injektionseinheit 506 mobil dargestellt.
Insgesamt repräsentieren die 8 bis 12 einen Aushärteprozess der Rotorbandage 102 für eine Herstellungsvorrichtung. Die nachfolgenden 9 bis 12 sind dabei als Beispieldarstellungen ausgeführt, die den Aushärteprozess schrittweise und lediglich beispielhaft zeigen. Es wird beispielsweise ein Harzauftrag auf den mit der Rotorbandage 102 umwickelten Rotor 112, ein Einlegen des Rotors 112 in die Aushärteeinheit, ein Schließen der Aushärteeinheit sowie ein Öffnen der Aushärteeinheit nach dem Aushärten und eine Bauteilentnahme dargestellt.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht oder ähnelt mindestens der in einer der 5 bis 7 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Lediglich weist die Aushärteeinheit 500 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Injektionseinheit nicht auf. Weiterhin sind das Basiselement 502 und das Deckelelement 504 in 9 voneinander getrennt dargestellt, das bedeutet, dass die als Presse ausgeformte Aushärteeinheit 500 in einem geöffneten Zustand dargestellt ist und die Rotoren 112 mit Rotorbandagen 102 entsprechend als Preformen oder Rohlinge dargestellt sind.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in 9 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Basiselement 502 und das Deckelelement 504 geschlossen, das bedeutet zusammengepresst, dargestellt.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in den 9 und 10 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein Öffnen der Aushärteeinheit 500 dargestellt, was nach dem Pressen der Rotoren 112 durchgeführt wird, wie es in 10 beschrieben wurde.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Greifarms 400 einer Herstellungsvorrichtung. Der Greifarm 400 entspricht beispielsweise dem Greifarm 400, wie er in einer der 4 oder 8 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel greift der Greifarm 400 den fertig hergestellten Rotor 112 mit der ausgehärteten Rotorbandage 102 und/oder entnimmt ihn aus der Aushärteeinheit, wie sie beispielsweise in 11 beschrieben wurde.
13 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die Aushärteeinheit 500 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine Aufnahmeeinrichtung ausgeformt, die mindestens eine und gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier gleichgroße Segmente 1300 aufweist. Die Segmente 1300 bilden gemäß diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam ein Viereck, beispielsweise ein Quadrat aus. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Segmente 1300 beweglich im Bezug zu einen Mittelpunkt 1302 angeordnet. Die Segmente 1300 sind dabei derart angeordnet, dass sie zum Pressen des Rotors 112 in Richtung des Mittelpunkts 1302 und zum Entnehmen des Rotors 112 in eine dem Mittelpunkt 1302 entgegengesetzte Richtung bewegt werden. Zwischen den einzelnen Segmenten 1300 ist beispielsweise zu dem jeweils benachbarten Segment 1300 ein verformbares Dichtelement 1304 angeordnet. Die Dichtelemente 1304 sind dabei jeweils in einem Spalt 1305 zwischen zweien der Segmente 1300 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Rotor 112 in einem Innenbereich 1306 der Aushärteeinheit 500 angeordnet.
In anderen Worten ausgedrückt ist die Aushärteeinheit 500 als segmentiertes Werkzeug dargestellt, das bewegliche Teilstücke, die hier als Segmente 1300 beschrieben sind, zum Ermöglichen eines Einlegens der Rotors 112 in die Aushärteeinheit 500 ohne die Fasern zu verschieben und zum Sicherstellen eines hohen Faservolumengehalts durch Kompaktieren der Preform, wie es in der nachfolgenden Figur beschrieben ist, aufweist. Beispielsweise werden die Segmente 1300 in eine Öffnungsposition zurückgefahren, der Rotor 112 eingelegt, die Segmente 1300 geschlossen. Optional erfolgt im Anschluss eine Harzinjektion, bevor die Segmente 1300 geöffnet werden und das Bauteil entformt wird.
14 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in 13 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Sie unterscheiden sich lediglich dahingehend, dass die in 14 dargestellte Aushärteeinheit 500 mit geschlossenen Segmenten 1300 abgebildet ist, um die Rotorbandage 102 und den Rotor 112 miteinander zu verpressen. In diesem geschlossenen Zustand werden die Spalte 1305 zwischen jeweils zweien der Segmente 1300 derart verkleinert, dass der Innenraum einem Umfang dem Rotor 112 mit der Rotorbandage 102 entspricht und die Dichtelemente 1304 verformt werden.
15 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aushärteeinheit 500. Die hier dargestellte Aushärteeinheit 500 entspricht beispielsweise der in 14 beschriebenen Aushärteeinheit 500. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch zwischen der Rotorbandage 102 und einer Innenwand 1500 der Segmente 1300 ein weiterer Spalt 1502 ausgeformt. Das bedeutet, dass der Spalt 1305 zwischen den Segmenten 1300 größer ist als in 14, aber kleiner ist als in 13 dargestellt. Der weitere Spalt 1502 ist dabei lediglich optional ausgeformt, um beispielsweise ein Härtungsmaterial aufzunehmen, um beispielsweise die Rotorbandage 102 unter Verwendung des in dem weiteren Spalt 1502 befindlichen Härtungsmaterials zu imprägnieren. Dabei ist eine Permeabilität des weiteren Spalts 1502 deutlich höher als der Preform, sodass sich das Härtungsmaterial vereinfacht um die Preform verteilt. Bei einer Schließung der Segmente 1300 wird das Harz in eine Dickenrichtung in die Preform gedrückt, um beispielsweise kurze Fließwege zu nutzen und um ein Risiko für Faserverschiebungen zu reduzieren. Dabei verbleibt kein Angusskanal auf dem Bauteil.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1600 wird dabei beispielsweise in einer Herstellungsvorrichtung angewandt, wie sie beispielsweise in einer der 1 bis 2 beschrieben wurde. Das Verfahren 1600 umfasst dabei einen Schritt 1602 des drehbaren Anordnens des Rotors und einen Schritt 1604 des Drehens des Rotors, um ein bandförmiges Halbzeug um eine Mantelfläche des Rotors zu wickeln, um die Rotorbandage auf den Rotor aufzubringen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Rotor im Schritt 1602 des drehbaren Anordnens der Rotor drehbar angeordnet und im Schritt 1604 des Drehens gedreht, um das bandförmige Halbzeug um den Rotor zu wickeln. Das Halbzeug ist beispielsweise als ein Gelege ausgeformt, das Glasfasern, Carbonfasern oder Aramidfasern aufweist. Des Weiteren werden im Schritt 1602 des drehbaren Anordnens eine Mehrzahl von Rotoren drehbar angeordnet und im Schritt 1604 des Drehens gedreht, um jeweils ein bandförmiges Halbzeug um eine Mantelfläche eines Rotors aus der Mehrzahl von Rotoren zu wickeln. Dadurch wird jeweils eine Rotorbandage auf die Mehrzahl von Rotoren aufgebracht.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 1600 lediglich optional einen Schritt 1606 des Aufbringens eines Bindemittels auf das Halbzeug während des Schrittes des Drehens, einen Schritt 1608 des Abwickelns des Halbzeugs von einer Rolle und/oder einen Schritt 1610 des Vereinens einzelner Fasern, um das Halbzeug herzustellen. Weiterhin optional umfasst das Verfahren 1600 einen Schritt 1612 des Abtrennens eines nicht um den Rotor gewickelten Abschnitts des bandförmigen Halbzeugs nach dem Schritt des Drehens. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden im Schritt 1612 des Abtrennens dabei zwei freie Enden der Rotorbandage über eine Stoßverbindung oder eine Überlappungsverbindung miteinander verbunden. Weiterhin optional umfasst das Verfahren 1600 einen Schritt 1614 des Auftragens eines Härtungsmaterials auf die Rotorbandage nach dem Schritt 1612 des Drehens des Rotors. Das Härtungsmaterial ist dabei beispielsweise ein Harz oder alternativ ein Harz aufweisendes Härtungsgemisch. Das Verfahren 1600 umfasst weiterhin einen Schritt 1616 des Einlegens des die Rotorbandage tragenden Rotors, der beispielsweise auch als Preform oder als Rohling bezeichnet wird, in eine Aushärteeinheit zum Aushärten des Härtungsmaterials, der nach dem Schritt 1614 des Auftragens oder alternativ vor dem Schritt 1614 des Auftragens durchgeführt wird. In dem Fall, dass der Schritt 1616 des Einlegens vor dem Schritt 1614 des Auftragens durchgeführt wird, umfasst das Verfahren 1600 lediglich optional einen Schritt 1618 des Erzeugens eines Vakuums in der Aushärteeinheit. Dabei wird im Schritt 1614 des Auftragens unter Verwendung des Vakuums das Härtungsmaterial aufgetragen.
Bezugszeichenliste

100: Herstellungsvorrichtung
102: Rotorbandage
104: Bereitstelleinheit
106: Dreheinheit
108: Steuereinrichtung
110: Halbzeug
112: Rotor
114: Drehsignal
116: Fasern
118: Bindeeinheit
119: Binderauftragsstation
120: Aufheizstation
122: Bindemittel
124: Spulengitter
200: vergrößerte Darstellung
202: Rolle
300, 301: Magnetelemente
302: Stoßverbindung
304: Überlappungsverbindung
306: freies Ende
308: zweites freies Ende
400: Greifarm
500: Aushärteeinheit
502: Basiselement
504: Deckelelement
506: Injektionseinheit
507: Härtungsmaterial
508: Aufnahmeöffnung
1300: Segment
1302: Mittelpunkt
1304: Dichtelement
1305: Spalt
1306: Innenbereich
1500: Innenwand
1502: weiterer Spalt
1600: Verfahren zum Aufbringen einer Rotorbandage auf einen Rotor
1602: Schritt des drehbaren Anordnens
1604: Schritt des Drehens
1606: Schritt des Aufbringens
1608: Schritt des Abwickelns
1610: Schritt des Vereinens
1612: Schritt des Abtrennens
1614: Schritt des Auftragens
1616: Schritt des Einlegens
1618: Schritt des Erzeugens

Claims

Verfahren (1600) zum Aufbringen einer Rotorbandage (102) auf einen Rotor (112), wobei das Verfahren (1600) die folgenden Schritte umfasst: drehbares Anordnen (1602) des Rotors (112); und Drehen (1604) des Rotors (112), um ein bandförmiges Halbzeug (110) um eine Mantelfläche des Rotors (112) zu wickeln, um die Rotorbandage (102) auf den Rotor (112) aufzubringen.
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt (1606) des Aufbringens eines Bindemittels (122) auf das Halbzeug (110) während des Schrittes (1604) des Drehens.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1608) des Abwickelns des Halbzeugs (110) von einer Rolle (202) während des Schrittes (1604) des Drehens.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1610) des Vereinens einzelner Fasern (116), um das Halbzeug (110) herzustellen während des Schrittes (1604) des Drehens.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1612) des Abtrennens eines nicht um den Rotor (112) gewickelten Abschnitts des bandförmigen Halbzeugs (110) nach dem Schritt (1604) des Drehens.
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 5, wobei im Schritt (1612) des Abtrennens zwei freie Enden (306, 308) der Rotorbandage (102) über eine Stoßverbindung oder eine Überlappungsverbindung miteinander verbunden werden.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (1614) des Auftragens eines Härtungsmaterials (507) auf die Rotorbandage (102) nach dem Schritt (1604) des Drehens des Rotors (112).
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 7, mit einem Schritt (1616) des Einlegens des die Rotorbandage (102) tragenden Rotors (112) in eine Aushärteeinheit (500) zum Aushärten des Härtungsmaterials (507).
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt (1614) des Auftragens des Härtungsmaterials (507) vor dem Schritt (1616) des Einlegens durchgeführt wird.
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt (1614) des Auftragens des Härtungsmaterials (507) nach dem Schritt (1616) des Einlegens durchgeführt wird.
Verfahren (1600) gemäß Anspruch 10, mit einem Schritt (1618) des Erzeugens eines Vakuums in der Aushärteeinheit (500) nach dem Schritt (1616) des Einlegens und vor dem Schritt (1614) des Auftragens, wobei im Schritt (1614) des Auftragens unter Verwendung des Vakuums das Härtungsmaterial (507) aufgetragen wird.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (1602) des drehbaren Anordnens der Rotor (112) drehbar angeordnet wird, der eine Magnetanordnung aufweist, und wobei der Rotor (112) im Schritt (1604) des Drehens gedreht wird, um das bandförmige Halbzeug (110) um den Rotor (112) zu wickeln, wobei das Halbzeug (110) als ein Gelege ausgeformt ist, das Glasfasern, Carbonfasern oder Aramidfasern aufweist.
Verfahren (1600) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (1602) des drehbaren Anordnens eine Mehrzahl von Rotoren (112) drehbar angeordnet werden, und wobei im Schritt (1604) des Drehens die Mehrzahl von Rotoren (112) gedreht wird, um jeweils ein bandförmiges Halbzeug (110) um eine Mantelfläche eines Rotors (112) aus der Mehrzahl von Rotoren (112) zu wickeln, um jeweils eine Rotorbandage (102) auf die Mehrzahl von Rotoren (112) aufzubringen.
Herstellungsvorrichtung (100) zum Herstellen einer Rotorbandage (102), wobei die Herstellungsvorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: eine Bereitstelleinheit (104) zum Bereitstellen eines bandförmigen Halbzeugs (110); eine Dreheinheit (106) zum drehbaren Anordnen eines Rotors (112); und eine Steuereinrichtung (108), die ausgebildet ist, um ein Drehsignal (114) an die Dreheinheit (106) bereitzustellen, um ein Drehen des Rotors (112) zu bewirken, um ein bandförmiges Halbzeug (110) um eine Mantelfläche des Rotors (112) zu wickeln, um die Rotorbandage (102) auf den Rotor (112) aufzubringen.
Herstellungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 14, mit einer Aushärteeinheit (500), die ausgebildet ist, um den die Rotorbandage (102) tragenden Rotor (112) aufzunehmen, um ein Härtungsmaterial (507) auszuhärten.