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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente für eine elektrische Maschine, wobei die Komponente einen Träger und wenigstens ein Blechpaket umfasst, wobei der Träger eine erste Seitenfläche zur Halterung des Blechpakets und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende, zweite Seitenfläche aufweist, wobei eine axiale Stirnfläche oder eine radiale Mantelfläche des Blechpakets an der ersten Seitenfläche des Trägers anliegend angeordnet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Komponente für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine.
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Elektrische Maschinen können in verschiedenen Bauformen gefertigt werden. So gibt es beispielsweise Radialflussmaschinen, bei denen der Rotor und der Stator in Bezug zu der Rotationsachse der elektrischen Maschine radial versetzt angeordnet sind. Bei Axialflussmaschinen hingegen sind der Rotor und der Stator der elektrischen Maschine in Bezug zu der Rotationsachse axial versetzt angeordnet.
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Zur Erzeugung bzw. zur Führung des für den Betrieb der elektrischen Maschine erforderlichen magnetischen Flusses werden dabei am Stator und/oder am Rotor der elektrischen Maschine in der Regel Blechpakete eingesetzt. Diese können beispielsweise einen magnetischen Fluss führen, welcher von an den Blechpaketen angeordneten, stromdurchflossenen Spulen erzeugt wird. Die Blechpakete werden dabei in der Regel an einem Träger befestigt, so dass sich die für den Betrieb der elektrischen Maschine notwendige Fixierung des durch das Blechpaket gebildeten Statorkerns beziehungsweise Rotorkerns ergibt.
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Die Befestigung der Blechpakete kann dabei beispielsweise durch eine Verklebung mit dem entsprechenden Träger erfolgen. Eine derartige Verklebung kann sowohl zur Befestigung eines Statorblechpakets an einem Statorträger als auch zur Befestigung eines Rotorblechpakets an einem Rotorträger dienen. Insbesondere bei Radialflussmaschinen kann das Statorblechpaket auch in den Statorträger, bzw. das Rotorblechpaket auf eine Rotorwelle, unter Temperatureinfluss aufgeschrumpft werden, um deren Befestigung zu erreichen. Für die Befestigung der Blechpakete an den jeweiligen Trägern ist es wünschenswert, dass die Befestigung so robust und so dauerhaft wie möglich ausgeführt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Komponente für eine elektrische Maschine anzugeben, welches insbesondere eine verbesserte Befestigung eines Blechpakets an einem Träger ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Blechpaket an dem Träger über wenigstens eine Schweißverbindung, welche die axiale Stirnfläche oder die radiale Mantelfläche des Blechpakets mit der ersten Seitenfläche des Trägers verbindet, befestigt wird, wobei die Schweißverbindung durch einen auf die zweite Seitenfläche des Trägers gerichteten Elektronenstrahlen erzeugt wird.
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Das Befestigen des Blechpakets an dem Träger erfolgt also mittels Elektronenstrahlschweißens über einen Elektronenstrahl, welcher an der dem Blechpaket gegenüberliegenden, zweiten Seitenfläche des Trägers auf diesen einfällt. Durch den Elektronenstrahl können die Materialien des Trägers und des Blechpakets bereichsweise auch durch den Träger hindurch aufgeschmolzen werden. Dies ermöglicht es, durch den Träger hindurch zu schweißen, so dass eine Schweißverbindung zwischen der axialen Stirnfläche oder der radialen Mantelfläche des Blechpakets an der dem Stahleinfall gegenüberliegenden, ersten Seitenfläche erzeugt werden kann.
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Auf diese Weise kann das Blechpaket vorteilhaft in einem Überlappungsbereich seiner axialen Stirnfläche bzw. seiner radialen Mantelfläche mit der ersten Seitenfläche des Trägers verschweißt werden, wodurch eine stabile Befestigung des Blechpakets an dem Träger ermöglicht wird. Die Befestigung des Blechpakets an dem Träger mittels Elektronenstrahlschweißens ermöglicht es also, durch den Träger hindurch in der Tiefe zu schweißen, so dass die Verbindung zwischen dem Blechpaket und dem Träger an der ersten Seitenfläche des Trägers erfolgen kann. Diese Art des Schweißvorgangs kann auch als Tiefschweißen beziehungsweise als Elektronenstrahl-Tiefschweißen bezeichnet werden.
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Die Begriffe „radial“, „axial“ sowie „in Umfangsrichtung“ werden bei der Beschreibung der Erfindung in Bezug zu der Drehachse der elektrischen Maschine verwendet. Je nachdem, ob es sich bei der herzustellenden Komponente um einen Rotor oder einen Stator für eine Axialflussmaschine oder für eine Radialflussmaschine handelt, kann entweder eine axiale Stirnfläche oder eine radiale Mantelfläche des Blechpakets an der ersten Seitenfläche des Trägers angeordnet und befestigt werden.
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Bei der ersten Seitenfläche des Trägers kann es sich bei einer Komponente, welche einen Rotor oder einen Stator einer Axialflussmaschine bildet, um eine axiale Stirnfläche des Trägers handeln. Entsprechend kann es sich bei der zweiten Seitenfläche des Trägers insbesondere um eine weitere axiale Stirnfläche, welche entlang der axialen Richtung beziehungsweise der Drehachse der elektrischen Maschine versetzt zu der ersten Seitenfläche angeordnet ist, handeln. An der ersten Seitenfläche kann dann die axiale Stirnfläche des Blechpakets befestigt werden.
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Bei einer Komponente, welche einen Rotor oder einen Stator für eine Radialflussmaschine bilden soll, kann entsprechend die erste Seitenfläche des Trägers eine innere Mantelfläche oder eine äußere Mantelfläche des Trägers sein, wobei entsprechend die zweite Seitenfläche die jeweils andere Mantelfläche ist. Dabei sind die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche somit bezogen auf die Drehachse der elektrischen Maschine in Radialrichtung versetzt angeordnet. An der ersten Seitenfläche kann dann entsprechend eine radiale Mantelfläche eines insbesondere zylinder- oder zylindersegmentförmigen, bevorzugt hohlzylindersegmentförmigen, Blechpakets angeordnet werden.
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Es ist möglich, dass die Komponente ein einziges Blechpaket umfasst, welches insbesondere zur Ausbildung eines Statorkerns beziehungsweise eines Rotorkerns ausgeführt ist. Alternativ kann die Komponente auch mehrere Blechpakete aufweisen, welche insbesondere zusammen den Statorkern beziehungsweise den Rotorkern bilden. Insbesondere bei einer Axialflussmaschine kann ein einzelnes Blechpaket an dem Träger angeordnet werden, wobei durch das einzelne Blechpaket der komplette Statorkern beziehungsweise der komplette Rotorkern einer die entsprechende Komponente umfassenden elektrischen Maschine gebildet werden kann. Alternativ ist es möglich, dass der Statorkern beziehungsweise der Rotorkern aus mehreren, insbesondere benachbart zueinander an dem Träger angeordneten und jeweils über eine Schweißverbindung befestigten Blechpaketen gebildet wird.
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Auch bei einer Komponente für eine Radialflussmaschine kann ein Statorkern beziehungsweise ein Rotorkern durch ein einzelnes Blechpaket oder durch eine Mehrzahl von, insbesondere benachbart zueinander angeordneten, Blechpaketen gebildet werden. Auch in diesem Fall werden insbesondere die mehreren Blechpakete jeweils über wenigstens eine Schweißverbindung mittels dem auf die zweite Seitenfläche gerichteten Elektronenstrahl an den Träger angeschweißt.
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Mittels des Elektronenstrahlschweißens kann vorteilhaft eine bereichsweise oder vollflächige Befestigung des Blechpakets an dem Träger erreicht werden. Gegenüber der Verwendung einer Klebung und/oder einem Aufschrumpfen hat das Elektronenstahlschweißen dabei den Vorteil, dass eine robustere, insbesondere temperaturstabilere und/oder langlebigere, Befestigung des Blechpakets an dem Träger ermöglicht wird.
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Die Befestigung des Blechpakets an dem Träger mittels dem Elektronenstahl kann bei verschieden ausgeführten elektrischen Maschinen, bzw. bei unterschiedlichen Bauformen von elektrischen Maschinen, eingesetzt werden. Dabei können vorteilhaft unterschiedliche Typen von Komponenten, insbesondere Statoren und Rotoren von unterschiedlichen Bauformen von elektrischen Maschinen, herstellt werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket mehrere radial oder axial gestapelte und/oder gewickelte Blechlagen aufweist, wobei die Blechlagen durch die Schweißverbindung gegeneinander und/oder gegen den Träger verschweißt werden. Die durch das Elektronenstrahlschweißen erzeugte Schweißverbindung kann dabei vorteilhaft zwei Funktionen erfüllen, nämlich zum einen die vorangehend beschriebene Befestigung des Blechpakets an dem Träger sowie zum anderen eine Fixierung beziehungsweise eine Stabilisierung der Blechlagen des Blechpaktes.
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Bei einer Axialflussmaschine kann das Blechpaket insbesondere in Radialrichtung gestapelte und/oder in radialer Richtung aufgewickelte Blechlagen aufweisen. Die Blechlagen können entsprechend bei Anordnung einer axialen Stirnfläche des Blechpakets an dem Träger durch wenigstens eine, sich insbesondere in radialer Richtung erstreckende Schweißnaht gegeneinander und/oder mit dem Träger verschweißt und somit auch relativ zueinander befestigt werden.
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Bei einer Radialflussmaschine kann das Blechpaket insbesondere mehrere axial gestapelte Blechlagen aufweisen, welche bei Anordnung einer radialen Mantelfläche des Blechpakets an der zylindermantelförmigen ersten Seitenfläche des Trägers durch wenigstens eine sich insbesondere in axialer Richtung erstreckende Schweißnaht verschweißt werden. Auf diese Weise kann durch das Verschweißen des Blechpakets mit dem Träger auch eine Befestigung der gestapelten und/oder gewickelten Blechlagen des Blechpakets erfolgen.
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Vorteilhaft kann aufgrund der durch das Elektronenstrahlschweißen erzeugten Schweißverbindung auf eine zusätzliche Befestigung der Blechlagen des Blechpakets vor der Anordnung des Blechpakets an dem Träger verzichtet werden. Durch die wenigstens eine Schweißverbindung, welche die Blechlagen gegeneinander und/oder gegen den Träger verschweißt und somit befestigt, kann eine robuste und langlebige Stabilisierung des Blechpakets bzw. eines durch das Blechpakets gebildeten Statorkerns bzw. Rotorkerns erreicht werden. Durch den Verzicht auf eine vorhergehende Befestigung der Blechlagen des Blechpakets kann vorteilhaft die Herstellung der Komponente für die elektrische Maschine vereinfacht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Schweißverbindung eine oder mehrere Schweißnähte und/oder ein oder mehrere Schweißpunkte erzeugt werden. Die Anzahl der Schweißnähte sowie ihre Form beziehungsweise ihr Verlauf können abhängig von der Größe der elektrischen Maschine, dem Gewicht des Blechpakets und/oder weiteren Parametern ausgewählt werden. Zusätzlich oder alternativ zu Schweißnähten können auch ein oder mehrere Schweißpunkte erzeugt werden, welche das Blechpaket an dem Träger befestigen.
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Die Schweißnähte beziehungsweise die Schweißpunkte, welche in dem Überlappungsbereich zwischen der axialen Stirnfläche und der radialen Mantelfläche angeordnet sind, befinden sich dabei insbesondere in einem von außen nicht zugänglichen Bereich der Komponente. Die eine oder mehreren Schweißverbindungen erstrecken sich insbesondere vollständig oder zumindest abschnittsweise entlang der axialen Stirnfläche beziehungsweise der radialen Mantelfläche des Blechpakets und der ersten Seitenfläche des Trägers.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine erste Seitenfläche verwendet wird, welche in einer Vertiefung des Trägers liegt. Die Vertiefung kann beispielsweise eine Vertiefung in axialer Richtung sein, in der entsprechend das Blechpaket in axialer Richtung eingesetzt werden kann, so dass eine axiale Stirnfläche des Blechpakets zumindest teilweise in der Vertiefung an der ersten Seitenfläche des Trägers anliegt. Alternativ kann die Vertiefung auch eine radiale Vertiefung in der ersten Seitenfläche des Trägers sein, in die entsprechend das Blechpaket in radialer Richtung angesetzt wird, so dass eine radiale Mantelfläche des Blechpakets innerhalb der Vertiefung an der ersten Seitenfläche des Trägers anliegt.
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Es ist möglich, dass der Träger eine einzige Vertiefung aufweist, in die insbesondere die gesamte axiale Stirnfläche und/oder die gesamte radiale Mantelfläche des Blechpakets eingesetzt werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu ist es möglich, dass die Vertiefung nur einen Bereich der axialen Stirnfläche beziehungsweise der radialen Mantelfläche aufnimmt, so dass diese sich auch bereichsweise außerhalb der Vertiefung insbesondere in direktem Kontakt dem Träger erstrecken können.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Trägers zwischen der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche zumindest bereichsweise zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 10 mm, beträgt. Eine derartige Dicke des Trägers ermöglicht es, dass mittels dem auf die zweite Seitenfläche gerichteten Elektronenstrahl auch zwischen der ersten Seitenfläche und der daran anliegenden axialen Stirnfläche, beziehungsweise radialen Mantelfläche, des Blechpakets eine stabile Verschweißung ausgeführt werden kann. Der Träger kann dabei eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen. Alternativ kann der Träger mehrere Abschnitte bzw. Bereiche umfassen, welche unterschiedliche Dicken aufweisen können.
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Für den Träger kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass er zumindest in dem Bereich, in dem die Schweißverbindung erzeugt wird, aus Metall, insbesondere aus einem Stahl und/oder aus Aluminium, und/oder Kunststoff besteht. Das Blechpaket kann aus einem oder mehreren Elektroblechen gebildet werden. Das Blechpaket kann mehrere gewickelte und/oder gestapelte Blechlagen aus einem Elektroblech aufweisen, welche gegeneinander durch eine elektrische Isolierung, beispielsweise einen Isolierlack und/oder eine isolierende Zwischenschicht, getrennt sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Träger ringscheibenförmig ist, wobei als die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche jeweils eine der axialen Stirnflächen des Trägers verwendet wird, oder, dass der Träger hohlzylinderförmig ist, wobei als die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche jeweils eine der Mantelflächen des Trägers verwendet wird. Entsprechend kann die durch den Träger und das Blechpaket gebildete Komponente für eine Axialflussmaschine oder für einer Radialflussmaschine vorgesehen bzw. geeignet sein. Bei einem hohlzylinderförmigen Träger kann entweder die innere Mantelfläche oder die äußere Mantelfläche die erste Seitenfläche sein beziehungsweise das Blechpaket haltern, wobei die zweite Seitenfläche entsprechend die jeweils gegenüberliegende, äußere beziehungsweise innere Mantelfläche ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Komponente ein Rotor oder ein Stator einer Axialflussmaschine oder einer Radialflussmaschine hergestellt wird. Bein der Radialflussmaschine kann es sich um einen Außenläufer oder einen Innenläufer handeln.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre oder in einem Vakuum erfolgt. Vorteilhaft kann durch das Elektronenstrahlschweißen wenigstens eine Schweißnaht erzeugt werden, welche ein großes Nahttiefe-zu-Nahtbreite-Verhältnis aufweist. Je nach erforderlicher Leistung des Elektronenstrahls bzw. je nach der Art der Strahlerzeugung kann die Verschweißung bei Atmosphärendruck oder in einem Vakuum, bzw. bei Unterdruck, erfolgen. Abhängig von der Ausbildung beziehungsweise der Form des Trägers kann die Verschweißung ausgehend von der eine äußere Mantelfläche oder eine innere Mantelfläche bildenden zweiten Seitenfläche des Trägers, beziehungsweise von einer axialen Stirnfläche des Trägers, welche die zweite Seitenfläche darstellt, vorgenommen werden.
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Für eine erfindungsgemäße Komponente für eine elektrische Maschine ist vorgesehen, dass die Komponente einen Träger und wenigstens ein Blechpaket umfasst, wobei der Träger eine Seitenfläche zur Halterung des Blechpakets aufweist, wobei eine axiale Stirnfläche oder eine radiale Mantelfläche des Blechpakets an der Seitenfläche des Trägers anliegt und wobei das Blechpaket an dem Träger über wenigstens eine Schweißverbindung, welche die axiale Stirnfläche oder die radiale Mantelfläche des Blechpakets mit der Seitenfläche des Trägers verbindet, befestigt ist.
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Die erfindungsgemäße Komponente kann dabei insbesondere mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. In diesem Fall entspricht die Seitenfläche des Trägers, an der die axiale Stirnfläche oder die radiale Mantelfläche des Blechpakets angeordnet ist, der ersten Seitenfläche des Trägers.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket mehrere radial oder axial gestapelte und/oder gewickelte Blechlagen aufweist, wobei die Blechlagen durch die Schweißverbindung gegeneinander und/oder gegen den Träger verschweißt sind.
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Die Schweißverbindung kann erfindungsgemäß ein oder mehrere Schweißnähte und/oder ein oder mehrere Schweißpunkte umfassen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, die ersten Seitenfläche in einer Vertiefung des Trägers liegt.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Träger zumindest bereichsweise eine Dicke zwischen der ersten Seitenfläche und der zweiten Seitenfläche zwischen 1 mm und 20 mm, und insbesondere zwischen 5 mm und 10 mm, aufweist. Bevorzugt kann ein Träger verwendet werden, welcher zumindest in dem Bereich der Schweißverbindung aus Metall, insbesondere einem Stahl und/oder aus Aluminium, und/oder aus einem Kunststoff besteht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger ringscheibenförmig ist, wobei die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche jeweils eine der axialen Stirnflächen des Trägers ist, oder, dass der Träger hohlzylinderförmig ist, wobei die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche jeweils eine der Mantelflächen des Trägers sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Komponente ein Rotor oder ein Stator einer Axialflussmaschine oder einer Radialflussmaschine ist.
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Für eine erfindungsgemäße elektrische Maschine ist vorgesehen, dass sie wenigstens eine erfindungsgemäße Komponente umfasst.
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Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Kraftfahrzeug kann dabei eine oder mehrere der elektrischen Maschinen aufweisen, welche insbesondere jeweils einen Traktionselektromotor des Kraftfahrzeugs bilden können.
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Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Komponente sowie die erfindungsgemäße Maschine und jeweils umgekehrt. Weiterhin gelten auch die für die erfindungsgemäße Komponente beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen für die erfindungsgemäße elektrische Maschine und umgekehrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine umfassend zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Komponente,
- 2 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Komponente des ersten Ausführungsbeispiels der elektrischen Maschine,
- 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Komponente zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Maschine umfassend zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Komponenten.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Maschine 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 1 ist als eine Axialflussmaschine ausgebildet und umfasst vorliegend zwei Komponenten 2, 3. Dabei ist die Komponente 2 der elektrischen Maschine 1 als ein Stator der elektrischen Maschine 1 und die Komponente 3 als ein Rotor der elektrischen Maschine 1 ausgebildet. Die Komponenten 2, 3 sind axial versetzt entlang einer Drehachse 4 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Die Drehachse verläuft dabei entlang der axialen Richtung z der elektrischen Maschine 1.
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Jede der Komponenten 2, 3 umfasst einen ringscheibenförmigen Träger 5, an welchem ein, beispielsweise ebenfalls ringförmiges, Blechpaket 6 gehaltert wird. Die den Stator der elektrischen Maschine 1 bildende Komponente 2 ist von einer Rotorachse 7 der elektrischen Maschine 1 beabstandet angeordnet und die den Rotor der elektrischen Maschine 1 bildende Komponente 3 ist mit der Rotorwelle 7 verbunden. Dadurch ist eine Drehung der den Rotor bildenden Komponente 3 relativ zu der den Stator bildenden Komponente 2 um die Drehachse 4 bzw. in Umfangsrichtung φ der elektrischen Maschine 1 möglich.
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Die Träger 5 umfassen jeweils eine erste Seitenfläche 8, welche eine axiale Stirnfläche des ringscheibenförmigen Trägers 5 ist. Ferner umfassen die Komponenten 2, 3 jeweils auch eine zweite Seitenfläche 9, welche der ersten Seitenfläche 8 gegenüber liegt bzw. in axial versetzt zu dieser verläuft. Auch bei der zweiten Seitenfläche 9 handelt es sich um eine axiale Stirnfläche des jeweiligen Trägers 5.
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Die Blechpakete 6 sind jeweils an der ersten Seitenfläche 8 eines der Träger 5 befestigt. Die ersten Seitenflächen 8 liegen dabei jeweils in einer Vertiefung 13 des Trägers 5, wobei das Blechpaket 6 jeweils teilweise in der Vertiefung 13 aufgenommen ist. Dabei ist eine axiale Stirnfläche 10 des Blechpakets 6 in direktem Kontakt mit der ersten Seitenfläche 8 angeordnet, so dass das Blechpaket 6 an der ersten Seitenfläche 8 anliegt. Die axiale Stirnfläche 10 des Blechpakets 6 liegt dabei an der ersten Seitenfläche 8 des jeweiligen Trägers 5 in einem Überlappungsbereich 11 an, welcher der Übersichtlichkeit halber in 1 mit einer erhöhten Strichstärke dargestellt ist.
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Der Überlappungsbereich 11 beschreibt dabei den Anteil der ersten Seitenfläche 8, welcher sich in direktem Kontakt mit der axialen Stirnfläche 10 des Blechpaktes befindet. Vorliegend liegt der Überlappungsbereich 11 also ebenso wie die erste Seitenfläche 8 in der Vertiefung 13, wobei der Überlappungsbereich 11 zumindest im Wesentlichen die gesamte erste Seitenfläche 8 umfasst. Alternativ dazu sind auch Ausführungen möglich, in denen die erste Seitenfläche 8 nicht in einer Vertiefung 13 des Trägers 5 liegt und/oder bei denen der Überlappungsbereich 11 kleiner als die erste Seitenfläche 8 ist bzw. nur einen Teil der ersten Seitenfläche 8 umfasst.
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Die Blechpakete 6 sind an dem jeweiligen Träger 5 über wenigstens eine Schweißverbindung 12, welche die axiale Stirnfläche 10 des Blechpakets 6 mit der ersten Seitenfläche 8 des jeweiligen Trägers 5 verbindet, befestigt. Die Blechpakete 6 sind an dem jeweiligen Träger 5 jeweils teilweise in der Vertiefung 13 angeordnet, wobei sich der Überlappungsbereich 11 bzw. die Schweißverbindung 12 zwischen der axialen Stirnfläche 10 und der ersten Seitenfläche 8 jeweils ebenfalls in der Vertiefung 13 erstrecken.
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Die Blechpakete 6 umfassen jeweils mehrere Blechlagen 14 aus einem Elektroblech. Die Blechlagen 14 können dadurch gebildet werden, dass ein durchgehendes Elektroblech radial aufgewickelt wird oder dass mehrere Blechlagen 14 in radialer Richtung r gestapelt werden. Auch eine Kombination aus einem Aufwickeln mehrerer gestapelter Blechlagen 14 ist möglich. Es ist möglich, dass die Blechlagen 14 im Bereich ihrer Blechgrenzen durch eine Isolationsschicht 16, beispielsweise einen Isolierlack oder Ähnliches, gegeneinander isoliert sind.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Blechpakete 6 der Komponenten 2, 3 beispielsweise durch ein Aufwickeln mehrerer Blechlagen 14, beispielsweise gefertigt. Die jeweiligen Blechlagen 14 können insbesondere Ausstanzungen aufweisen, so dass sich in axialer Richtung von der ersten Seitenfläche 8 des Trägers 5 abstehende Pole ausbilden. Die Blechpakete 6 können dabei insbesondere jeweils mehrere Pole aufweisen, welche in Umfangsrichtung φ versetzt angeordnet sind. Um diese Pole können anschließend an der Komponente 2 eine oder mehrere Statorwicklungen (nicht dargestellt), beziehungsweise an der Komponente 3 entsprechend eine oder mehrere Rotorwicklungen (nicht dargestellt), angeordnet werden.
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In 2 ist eine Aufsicht auf die sich in radialer Richtung r sowie in Umfangsrichtung φ erstreckende erste Seitenfläche 8 der Komponente 2 dargestellt. Ersichtlich ist das Blechpaket 6 ebenfalls ringscheibenförmig ausgeführt und in direktem Kontakt mit der ersten Seitenfläche 8 in dem Überlappungsbereich 11 angeordnet. Die an dem Blechpaket 6 ausgebildeten Pole sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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Die Schweißverbindungen 12, welche das Blechpaket 6 mit der ersten Seitenfläche 8 des Trägers 5 verbinden, sind schematisch als gestrichelte Linien eingezeichnet, da sich diese zwischen der axialen Stirnfläche 10 und der ersten Seitenfläche 8 beziehungsweise zwischen dem Blechpaket 6 und dem Träger 5 erstrecken und somit in 2 dargestellten Aufsicht an sich nicht zu erkennen wären. Die Schweißverbindungen 12 sind als Schweißnähte ausgeführt, welche sich in radialer Richtung durch den Überlappungsbereich 11 erstrecken.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Blechpaket 6 an dem Träger 5 über acht Schweißnähte befestigt. Es ist möglich, dass die Schweißverbindungen 12 alternativ als Schweißpunkte ausgeführt sind oder dass als Schweißverbindungen 12 jeweils Kombinationen aus einer oder mehrerer Schweißnähte sowie einem oder mehreren Schweißpunkten eingesetzt werden. Vorteilhaft erfolgt durch die Schweißnähte 12, welche sich in radialer Richtung r erstrecken, auch eine Befestigung der mehreren Blechlagen 14 des Blechpaketes 6 gegeneinander bzw. gegen den Träger 5, so dass vorteilhaft auf eine gesonderte Befestigung der Blechlagen 14 verzichtet werden kann.
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In 3 ist eine Detailansicht der Komponente 2 dargestellt, anhand derer ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Komponente 2 erläutert wird. Zur Herstellung der Komponente 2 wird das Blechpaket 6 an der ersten Seitenfläche 8 angeordnet. Dabei kann das Blechpaket 6 beispielsweise in axialer Richtung z in die Vertiefung 13 eingesetzt werden, so dass die axiale Stirnfläche 10 des Blechpakets 6 an der ersten Seitenfläche 8 in dem Überlappungsbereich 11 anliegt. Anschließend erfolgt ein Verbinden des Blechpaketes 6 mit dem Träger 5 durch einen Elektronenstrahl 15, welcher auf die zweite Seitenfläche 9, das heißt die der ersten Seitenfläche 8 gegenüber liegende, zweite axiale Stirnfläche des Trägers 5, einfällt. Mit Hilfe des Elektronenstrahls 15 erfolgt eine Verschweißung in dem Überlappungsbereich 11.
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Es werden also ein oder mehrere Schweißverbindungen 12 ausgebildet, welche das Blechpaket 6 an der ersten Seitenfläche 8 mit dem Träger 5 verbinden. Das Befestigen des Blechpakets 6 an dem Träger 5 erfolgt durch den Elektronenstrahl 15 mittels Elektronenstrahl-Tiefschweißens. Durch das Elektronenstrahlschweißen können vorteilhaft Schweißnähte erzeugt werden, welche ein hohes Nahttiefe-zu-Nahtbreite-Verhältnis aufweisen, so dass die Schweißverbindung 12 im Überlappungsbereich 11 an der ersten Seitenfläche 8 gebildet werden kann. Das Elektronenstrahlschweißen kann beispielsweise an Atmosphäre oder in einem Vakuum durchgeführt werden.
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Um das Tiefschweißen durch den Elektronenstrahl 15 zu ermöglichen weist der Träger 5 zwischen der ersten Seitenfläche 8 und der zweiten Seitenfläche 9 im Bereich der Vertiefung 13 bevorzugt eine Dicke d zwischen 1 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 10 mm, auf. Außerhalb der Vertiefung 13 kann der Träger 5, beispielsweise zur Erhöhung seiner Stabilität, auch mit einer anderen Dicke ausgeführt sein.
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Der Träger 5 besteht zumindest in dem Überlappungsbereich 11, bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise aus einem Stahl und/oder aus Aluminium, und/oder aus einem Kunststoff, so dass eine Verschweißung mit dem Blechpaket 6 erfolgen kann. Die Blechlagen 14 des Blechpaketes 6 sind beispielsweise aus einem Elektroblech gefertigt, so dass diese durch den Elektronenstrahl 15 bzw. die mit Hilfe des Elektronenstrahls 15 erzeugte Schweißverbindung 12 ebenfalls gegeneinander und/oder an dem Träger 5 befestigt werden können. Auf diese Weise wird auch eine Stabilisierung des Blechpakets 6 bzw. des vorliegend durch das Blechpaket 6 gebildeten Statorkerns der elektrischen Maschine 1 bewirkt.
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Neben der den Stator einer Axialflussmaschine bildenden Komponente 2 kann auch die den Rotor der Axialflussmaschine bildende Komponente 3 in einem entsprechenden Verfahren gefertigt werden. Das Blechpaket 6 der Komponente 3 bildet dabei entsprechend den Rotorkern der elektrischen Maschine 1.
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Neben Komponenten 2, 3 welche einen Stator beziehungsweise einen Rotor für eine Axialflussmaschine bilden, können auch weitere Komponenten, insbesondere Komponenten 2, 3 einer Radialflussmaschine, mittels des Verfahrens hergestellt werden.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 dargestellt. Aus Symmetriegründen ist nur ein Teil der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Der Aufbau der elektrischen Maschine 1 entspricht dem dargestellten Querschnitt der Komponenten 2, 3, welcher um die Drehachse 4 rotiert ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 1 als Radialflussmaschine ausgebildet. Die elektrische Maschine 1 umfasst eine erste Komponente 2 sowie eine zweite Komponente 3. Die erste Komponente 2 kann beispielsweise als außenliegender Stator der elektrischen Maschine 1 ausgebildet sein. Entsprechend handelt es sich bei der elektrischen Maschine 1 um einen Innenläufer und entsprechend bei der zweiten Komponente 3 um einen innenliegenden Rotor der elektrischen Maschine 1. Es ist auch grundsätzlich eine umgekehrte Konfiguration möglich, in der die Komponente 2 einen außenliegenden Rotor der elektrischen Maschine 1 und die Komponente 3 einen innenliegenden Stator der elektrischen Maschine 1 bildet, so dass die elektrische Maschine 1 als ein Außenläufer ausgebildet ist.
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In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Träger 5 Komponenten 2, 3 jeweils eine Hohlzylinderform auf, wobei die ersten Seitenflächen 8 und die zweiten Seitenfläche 9 jeweils den Mantelflächen der hohlzylinderförmigen Träger 5 entsprechen. Bei der radial außenliegend angeordneten Komponente 2 ist die erste Seitenfläche 8 die innere Mantelfläche, wobei die zweite Seitenfläche 9 der Komponente 2 entsprechend die gegenüberliegende, äußere Mantelfläche des Trägers 5 ist. Bei der zweiten Komponente 3 ist die erste Seitenfläche 8 entsprechend die äußere Mantelfläche und die zweite Seitenfläche 9 ist die innenliegende Mantelfläche. Die erste Seitenfläche 8 liegt dabei jeweils in einer Vertiefung 13 des Trägers 5. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel sind jedoch auch hier Ausführungen möglich, bei der die erste Seitenfläche 8 nicht in einer Vertiefung 13 liegt.
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Die Befestigung der beispielsweise hohlzylindersegmentförmigen Blechpakete 6 erfolgt jeweils über eine Schweißverbindung 12, welche sich in dem Überlappungsbereich 11 zwischen der ersten Seitenfläche 8 und einer radialen Mantelfläche 17 der Blechpakete 6 erstreckt. Eine Fertigung der Komponente 2, 3 kann analog zu dem in Bezug zu 3 beschriebenen Verfahren erfolgen, bei dem ein Elektronenstrahl, welcher auf die jeweils zweite Seitenfläche 9 der entsprechenden Komponente 2, 3 gerichtet ist, zum Erzeugen der Schweißverbindung 12 herangezogen wird. Zur Verschweißung des Blechpakets 6 an der Komponente 3 kann dazu beispielsweise ein den Elektronenstrahl 15 erzeugendes Strahlerzeugungsmittel im Inneren des hohlzylinderförmigen Trägers 5 angeordnet werden, um die Verschweißung von der zweiten Seitenfläche 9 des Trägers 5, also seiner inneren Mantelfläche, vorzunehmen.
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In diesem Ausführungsbeispiel können die Blechpakete 6 jeweils über mehrere, als axiale Schweißnähte ausgebildete Schweißverbindungen 12 an ihrem jeweiligen Träger 5 befestigt werden. Ein Verlauf der Schweißnähte in axialer Richtung z hat dabei den Vorteil, dass eine Befestigung der in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung z gestapelten Blechlagen 14 der Blechpakete 6 erfolgen kann. Analog zu den vorangehend beschrieben Ausführungsbeispielen ist es auch hier möglich, dass die Blechlagen 14 jeweils durch eine Isolierschicht 16, wie einen Isolierlack oder Ähnliches, gegeneinander isoliert sind.
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Es ist in allen Ausführungsbeispielen der elektrischen Maschine 1 möglich, dass nur die jeweils den Stator bildende Komponente 2, 3 ein Blechpaket aufweist, wobei die den Rotor bildende Komponente einen oder mehrere Permanentmagnete aufweist. In allen Ausführungsbeispielen können an den Blechpaketen 6 jeweils eine oder mehrere Spulen angeordnet werden, welche jeweils zur Ausbildung einer ein- oder mehrphasigen Statorwicklung bzw. einer Rotorwicklung verschaltet sein können. Weiterhin können in allen Ausführungsbeispielen mehrere Blechpakete 6 pro Komponente 2, 3 verwendet werden, wobei entsprechend die mehreren Blechpakete 6 jeweils über wenigstens eine Schweißverbindung 12 an einem Träger zur Ausbildung eines Statorkerns bzw. Rotorkerns befestigt werden. In allen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Maschine 1 eine elektrische Maschine, insbesondere ein Traktionselektromotor, eines Kraftfahrzeugs sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Komponente
- 3
- Komponente
- 4
- Drehachse
- 5
- Träger
- 6
- Blechpaket
- 7
- Rotorachse
- 8
- Seitenfläche
- 9
- Seitenfläche
- 10
- Stirnfläche
- 11
- Überlappungsbereich
- 12
- Schweißverbindung
- 13
- Vertiefung
- 14
- Blechlagen
- 15
- Elektronenstrahl
- 16
- Isolationsschicht
- 17
- Mantelfläche
- z
- axiale Richtung
- r
- radiale Richtung
- φ
- Umfangsrichtung
- d
- Dicke
