DE102022120521A1

DE102022120521A1 - Baueinheit für eine elektrische Maschine sowie Verfahren und Werkzeugsystem zur Herstellung einer solchen Baueinheit

Info

Publication number: DE102022120521A1
Application number: DE102022120521.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Basler; Benjamin Griesch; Patrik Rieder; Daniel Bachstädter; Thomas Helm
Original assignee: HOFFMANN GmbH
Current assignee: HOFFMANN GmbH
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2024-02-15
Also published as: WO2024038041A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit sowie auf ein Verfahren und ein Werkzeugsystem zur Herstellung einer solchen für eine elektrische Maschine, wie Rotor oder insbesondere Stator, mit einem aus einer Vielzahl in Richtung einer Längsachse aufeinander geschichteter Blechlamellen zusammengesetzten Lamellenpaket (1), welches in Umlaufrichtung aus mehreren Paketsegmenten (10) mit in Umlaufrichtung angeordneten, mittels seitlicher Haltestrukturen ineinandergreifenden Lamellensegmenten zusammengefügt ist. Eine hohe Präzision der Baueinheit bei flexibler Anpassung des Produktionsprozesses für verschiedene Anforderungen wird dadurch erhalten, dass die das Lamellenpaket (1) bildenden Paketsegmente (10) in gleicher Weise aus mindestens zwei verschiedenen Lamellensegmentgruppen A (2) von untereinander gleich konturierten A-Lamellensegmenten (20) und Lamellensegmentgruppen B (3) von untereinander gleich konturierten B-Lamellensegmenten (30) geschichtet aufgebaut sind, wobei sich die A-Lamellensegmente (20) von den B-Lamellensegmenten (30) in ihren Haltestrukturen bezüglich ihrer Haltekraft in zumindest radialer Richtung in der Ebene der Blechlamellen unterscheiden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit für eine elektrische Maschine, wie Rotor oder insbesondere Stator, mit einem aus einer Vielzahl in Richtung einer Längsachse aufeinander geschichteter Blechlamellen zusammengesetzten Lamellenpaket, welches in Umlaufrichtung aus mehreren Paketsegmenten mit in Umlaufrichtung angeordneten, mittels seitlicher Haltestrukturen ineinandergreifenden Lamellensegmenten zusammengefügt ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren sowie auf ein Werkzeugsystem zur Herstellung einer solchen Baueinheit, bei dem in einer Werkzeuganordnung einer Produktionsanlage eine Stanzanordnung zum Schneiden von zu einem Lamellenpaket aufeinander zu schichtenden Blechlamellen vorhanden ist, wobei die Stanzanordnung mehrere Schneidstationen mit Schneideinheiten zum Schneiden der Blechlamellen in umlaufend mit seitlichen Haltestrukturen auseinandernehmbar zusammengefügte und nach Auseinandernehmen wieder zusammenfügbare Lamellensegmente und von erforderlichen weiteren Schneidabschnitten der Blechlamellen aufweist, und weiterhin eine von einer Steuerungseinrichtung gesteuerte Stapelvorrichtung zum Bilden des Lamellenpakets aus aufeinander gestapelten Blechlamellen vorhanden ist, das sich in Umlaufrichtung aus Paketsegmenten zusammensetzt. Zur Weiterverarbeitung können die Paketsegmente des Lamellenpakets auseinandergezogen werden.
Eine Baueinheit, ein Verfahren und ein Werkzeugsystem dieser Art sind in der CA 2 758 405 C angegeben. Bei dieser bekannten Baueinheit ist ein Lamellenpaket zum Bilden eines ferromagnetischen Kerns, insbesondere eines Stators oder Rotors eines elektrischen Motors, aus umlaufend zusammengefügten Paketsegmenten zusammengesetzt, die jeweils aus in Richtung einer Längsachse aufeinandergestapelten Lamellensegmenten gebildet sind, wobei Lamellensegmente mit unterschiedlich konturierten Haltestrukturen innerhalb der Paketsegmente angeordnet sind. Die zu dem Lamellenpaket zusammengefügten Paketsegmente werden mittels der in Umlaufrichtung seitlich an den Lamellensegmenten im Schneidprozess ausgebildeten Haltestrukturen, die einerseits aus konvexen Vorsprüngen und andererseits aus daran komplementär angepassten konkaven Ausnehmungen bestehen, zusammengehalten. Einige der Haltestrukturen sind dabei so ausgebildet, dass sie mittels eines Stempels zum Ausüben einer Haltekraft plastisch deformiert werden, wobei andere Haltestrukturen zum Durchführen des Stempels ausgestaltet sind. Unter den bezüglich der Lamellenebene kreisförmig zu dem Lamellenpaket zusammengefügten Paketsegmenten sind in ihren Haltestrukturen unterschiedlich konturierte Paketsegmente vorhanden. Bei der Herstellung der Baueinheit werden in einem Werkzeugsystem mittels einer Schneideinrichtung verschiedene Lamellensegmente mit betreffenden Haltestrukturen geschnitten und in einer Stapelvorrichtung zu Paketsegmenten gestapelt, die in einer linearen Anordnung mit ihren komplementären Haltestrukturen aneinandergefügt werden, wobei einige der zusammengefügten Haltestrukturen mittels des Stempels plastisch deformiert werden und schließlich die lineare Anordnung der Paketsegmente zu dem ringförmigen Lamellenpaket zusammengefügt wird. Die im Lamellenpaket endseitig angeordneten Paketsegmente weisen dabei einen hinsichtlich der Haltestrukturen der gestapelten Lamellensegmente anderen Aufbau auf als die dazwischen angeordneten Paketsegmente.
Auch die EP 0 833 427 B1 zeigt eine Baueinheit, insbesondere auch einen Statorkern für eine rotierend arbeitende elektrische Maschine aus zu einem Lamellenpaket geschichteten Blechlamellen, die aus Lamellensegmenten mit seitlichen Haltestrukturen ringförmig zusammengesetzt sind. Auch hierbei werden zunächst Lamellensegmente in einem Werkzeugsystem geschnitten und gestapelt und die so gebildeten Paketsegmente zusammengefügt. Innerhalb der Paketsegmente können bei einem Ausführungsbeispiel auch mit unterschiedlichen Haltestrukturen versehene Lamellensegmente vorhanden sein. Bei einer solchen Aufbauweise ist es schwierig, eine hohe Präzision der Baueinheit zuverlässig zu gewährleisten.
In der DE 10 2017 201 178 A1 werden eine Baueinheit für eine elektrische Maschine und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorgestellt, bei der einzelne Lamellensegmente mittels seitlicher Haltestrukturen zu einer ringförmigen Blechlamelle zusammengefügt sind und die Blechlamellen zu einem Lamellenpaket gestapelt werden. Anschließend wird das so gebildete Lamellenpaket als noch unbewickelte Statoranordnung in seine einzelnen Paketsegmente separiert. Dabei bestehen die in Umlaufrichtung seitlich angeordneten Haltestrukturen ebenfalls in einer Nut-Feder-Verbindung und die Länge des Vorsprungs und gegebenenfalls eine Verspannung senkrecht zur Flächenebene der Einzellamellen sind so gewählt, dass nach dem Stanzen der einzelnen Lamellensegmente diese wieder in die ringförmige Form der Blechlamellen gebracht werden können, so dass beim Aufbau des Lamellenpakets bzw. der Statoranordnung durch Stapelung die einzelnen Lamellensegmente aneinandergehalten werden. Dadurch kann die so gebildete, mit Zahnköpfen versehene Statoranordnung zu einem Bewicklungswerkzeug transportiert werden. Die unbewickelte Statoranordnung kann in ihre einzelnen Paketsegmente aufgetrennt werden, insbesondere durch Ausüben einer radialen Kraft, um sie zu bewickeln und anschließend durch eine zueinander gerichtete radiale Kraft die einzelnen Paketsegmente mit Hilfe eines Fügewerkzeugs wieder zu dem Lamellenpaket bzw. der Statoranordnung zusammenzufügen. Die rundum vollständig geschnittenen Blechlamellen tragen zu einer hohen Präzision der Baueinheit bei, jedoch können sich die Füge- und Trennvorgänge auf die Fügekräfte nachteilig auswirken.
Die EP 2 356 734 B2 zeigt einen Elektromotor mit einer Baueinheit eines Stators, die ebenfalls ein aus mehreren Paketsegmenten mit seitlichen Haltestrukturen zusammengefügtes Lamellenpaket aufweist.
In der EP 0 871 282 A1 sind Lamellenpakete aus Blechlamellen gezeigt, die aus integral miteinander verbundenen Lamellensegmenten gebildet sind.
In der CN 104874756 B , der CN 107008962 A und der CN 108262519 B sind Schneidverfahren und Schneideinrichtungen für Lamellen gezeigt.
Wie auch aus vorstehend genannten Druckschriften hervorgeht, sind zahlreiche Topologien, Geometrien und Fertigungsverfahren für elektrische Maschinen bekannt. Je nach Anwendungsgebiet sind die Anforderungen an Drehmomente, Leistung, Geräuschentwicklung, Drehmomentschwankungen, Rastmomente und Materialverwendung stark unterschiedlich. Als wichtigste Leistungsindikatoren werden Geräuschentwicklung, Gewicht und Effizienz des Antriebs angesehen. Beeinflussende Größen sind hierbei Rundheit des Stators, Stromstärke, Widerstand, Impedanz des Systems, Kupferfüllfaktor, Anzahl der Pole, Luftspalt zwischen Stator und Rotor, Länge der aktiven Teile (Stator, Rotor), Eisenfaktor und Lamellendicke. Hierbei kommt der Maximierung der elektrischen Leitfähigkeit durch einen hohen Kupferfüllfaktor (und damit einer hohen Leistungsdichte) sowie der Minimierung des Luftspalts eine besondere Bedeutung zu (s. auch Fräger, C., Amrhein, W. Handbuch Elektrische Kleinantriebe. Band 2: Systemkomponenten, Auslegung. 5. Auflage 2021; VDI, 2015. Drehende elektrische Maschinen. Teil 2-1: Standardverfahren zur Bestimmung der Verluste und des Wirkungsgrades aus Prüfungen).
Die zugrunde liegende Wickeltechnik spielt hierbei ebenfalls eine große Rolle, da sie die Leistungsindikatoren maßgeblich beeinflusst. Die Steckwicklung bietet in der Regel den höchsten Kupferfüllfaktor, ist aber limitiert in der Skalierung und die Fertigungseinrichtungen sind vergleichsweise teuer. Weitere Techniken sind die Spulenwicklung und die Nadelwicklung, welche in verschiedenen Ausprägungen (gerade Nut, schräge Nut, Einzelzähne (entweder vollständig getrennte Einzelzähne oder als sogenannter Pre-Cut, d. h. nicht komplett getrennte, sondern nur angeschnittene Statorzähne) und Vollschnitt) realisiert werden.
Um eine Verringerung der Wirbelströme im Eisenkern zu erreichen wird dieser aus einzelnen Blechlamellen hergestellt. Die einzelnen Blechlamellen werden dabei über sogenannte Interlockingklammern, d. h. Prägungen auf der Oberfläche der Lamellen zusammengehalten. Techniken zur Verbindung von Lamellenebenen sind u. a. in der DE 10 2012 224 153 A1 und in Liu, L.-H. and Liu L.-C. (2017). Analysis of interlocking performances on non-oriented electrical steels. AIP Advances 8, 056605 (2018) beschrieben.
Das Vollschnittverfahren hat den prinzipiellen Vorteil, dass das Lamellenpaket bzw. der aus ihm gebildete Stator einen (praktisch) perfekten Kreis abbildet, was wiederum eine positive Auswirkung auf den Luftspalt und die Momentenwelligkeit hat. Allerdings hat der Vollschnitt den großen Nachteil, dass die Statorzähne für den Wickelkopf nur schwer zugänglich sind und daher der wichtige Kupferfüllfaktor nicht an das Niveau einer Steckwicklung oder die Wicklung eines segmentierten Stators heranreicht. Der segmentierte Stator bietet daher eine gute Alternative. Allerdings besteht eine Schwierigkeit darin, die einzelnen, durch die gestapelten, segmentierten Blechlamellen gebildete Paketsegmente bzw. die dadurch gebildeten einzelnen Statorzähne zu einem möglichst runden Kreis nach vollzogener Wicklung wieder zusammenzuführen, um einen geringen Luftspalt und geringe Momentenwelligkeit zu erhalten. Wird die komplette Segmentierung ohne Einbehaltung der Stanzreihenfolge der Statorzähne vorgenommen, ist es nahezu nicht möglich einen perfekt runden Kreis zu erzeugen. Außerdem ist in der Regel ein zusätzlicher Schweißprozess notwendig, um die einzelnen Statorzähne wieder zu verbinden. Bei der sogenannten Pre-Cut-Technologie wird ein Vorstanzen vorgenommen und später im Prozess werden die Zähne dann unter Beibehaltung der Reihenfolge getrennt und nach vollzogener Wicklung wieder in entsprechender Reihenfolge zusammengefügt (in der Praxis wird die Pre-Cut-Technologie auch ohne Einhaltung der Reihenfolge angewandt zu Lasten einer schlechteren Momentenwelligkeit und gegebenenfalls mit größerem Luftspalt). Ein komplettes Durchstanzen der Lamellensegmente bzw. Statorzähne und späteres Zusammenfügen der Statorzähne ist unter Beibehaltung der Reihenfolge ebenfalls möglich. Hierzu stehen formschlüssige und kraftschlüssige Verbindungen zur Verfügung, wie auch aus den vorstehend genannten Druckschriften hervorgeht. Jedoch ist es schwierig, den Form- und Kraftschluss insbesondere bei unterschiedlichen, vor allem auch unterschiedlich hohen Blechpaketen zuverlässig einzuhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren und ein Werkzeugsystem zum Herstellen einer solchen bereitzustellen, mit der der Zusammenhalt von Paketsegmenten in einem Lamellenpaket möglichst präzise und zuverlässig eingehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Baueinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei einem Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie bei einem Werkzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Bei der Baueinheit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die das Lamellenpaket bildenden Paketsegmente in gleicher Weise aus mindestens zwei verschiedenen Lamellensegmentgruppen A von untereinander gleich konturierten A-Lamellensegmenten und Lamellensegmentgruppen B von untereinander gleich konturierten B-Lamellensegmenten geschichtet aufgebaut sind, wobei sich die A-Lamellensegmente von den B-Lamellensegmenten in ihren Haltestrukturen bezüglich ihrer Haltekraft in zumindest radialer Richtung in der Ebene der Blechlamellen unterscheiden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dabei die Haltekraft der B-Lamellensegmente praktisch null ist. Mit diesen Maßnahmen lässt sich eine Haltekraft bzw. Abzugs- und Fügekraft in dem Lamellenpaket bzw. dem daraus gebildeten Stator zuverlässig vorgeben und kontrollieren.
Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass einer Werkzeuganordnung eine Blechbahn zugeführt wird, aus der Blechbahn A-Blechlamellen mit umlaufend aneinandergefügten A-Lamellensegmenten und B-Blechlamellen mit umlaufend aneinandergefügten B-Lamellensegmenten ausgeschnitten werden, wobei sich seitliche Haltestrukturen der A-Lamellensegmente von seitlichen Haltestrukturen der B-Lamellensegmente in ihrer Haltekraft unterscheiden, und A-Blechlamellen und B-Blechlamellen automatisch in von einer Steuerungseinrichtung vorgegebener Abfolge in Richtung einer Längsachse zu einem Lamellenpaket aufeinander geschichtet werden, so dass die radiale Haltekraft zwischen den aus den A-Lamellensegmenten und B-Lamellensegmenten geschichteten Paketsegmenten in einem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Werkzeugsystems ist vorgesehen, dass zum Schneiden der Lamellensegmente zwei verschiedene Schneidstationen vorhanden sind, von denen die eine zum Schneiden von A-Lamellensegmenten ausgebildet ist, deren seitlichen ineinandergreifenden Haltestrukturen zum Ausüben radialer Haltekräfte ausgebildet sind, und die andere Schneidestation zum Schneiden von B-Lamellensegmenten ausgebildet ist, deren seitlichen ineinandergreifenden Haltestrukturen zum Ausüben geringerer Haltekräfte als die Haltestrukturen der A-Lamellensegmente bis hin zu praktisch keinen Haltekräften ausgebildet sind, und dass die Stapelvorrichtung zum Anordnen einer Anzahl von aus A-Lamellensegmenten zusammengesetzten A-Blechlamellen und einer Anzahl von aus B-Lamellensegmenten zusammengesetzten B-Blechlamellen innerhalb eines Lamellenpakets nach Vorgabe durch die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, wobei die Anzahl der A-Blechlamellen und die Anzahl der B-Blechlamellen auf Basis einer einzuhaltenden Haltekraft innerhalb eines vorgegebenen Haltekraftbereichs zwischen den Paketsegmenten von der Steuerungseinrichtung bestimmt wird. Die Anzahl der A-Blechlamellen und erforderlichenfalls auch der B-Blechlamellen wird nachgesteuert oder nachgeregelt, wenn die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten nicht (bzw. nicht mehr) in dem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt.
Mittels des so eingerichteten Werkzeugsystems und des so durchgeführten Verfahrens zur Herstellung der Baueinheit wird ein gut an unterschiedliche Anforderungen anpassbarer und zuverlässig kontrollierbarer Herstellungsprozess für die Baueinheit erreicht.
Eine für die Baueinheit vorteilhafte Ausgestaltung besteht dabei darin, dass die A-Lamellensegmente in Umlaufrichtung jeweils auf ihrer einen Seite mit mindestens einer hinterschnittenen nutartigen Halteausnehmung und auf ihrer in Umlaufrichtung anderen Seite mit einem daran angepassten und mit einer abgestimmten Haltekraft einsetzbaren komplementären Haltefortsatz versehen sind und dass die B-Lamellensegmente in Umlaufrichtung jeweils auf ihrer in Umlaufrichtung einen Seite mit mindestens einer hinterschnittenen nutartigen Formausnehmung und auf ihrer in Umlaufrichtung anderen Seite mit einem daran angepassten und (praktisch) ohne Haltekraft einsetzbaren Formfortsatz versehen sind.
Weitere Vorteile der Baueinheit ergeben sich dadurch, dass die Lamellensegmentgruppen A mindestens zwei A-Lamellensegmente und die Lamellensegmentgruppen B mindestens zwei B-Lamellensegmente aufweisen und dass jedes Paketsegment mindestens zwei Lamellensegmentgruppen A und mindestens zwei Lamellensegmentgruppen B umfasst, wobei sich die Lamellensegmentgruppen A und Lamellensegmentgruppen B innerhalb der Paketsegmente (in gleicher Weise) abwechseln. Hierbei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere darin, dass lediglich zwei verschiedene Lamellensegmente, nämlich A-Lamellensegmente und B-Lamellensegmente, innerhalb des Paketsegments vorhanden sind.
Eine Ausgestaltungsvariante besteht dabei z. B. darin, dass innerhalb eines Paketsegments mindestens zwei Lamellensegmentgruppen A relativ zueinander und/oder mindestens zwei Lamellensegmentgruppen B relativ zueinander und/oder mindestens eine Lamellensegmentgruppe A relativ zu mindestens einer Lamellensegmentgruppe B eine unterschiedliche Anzahl von A-Lamellensegmenten bzw. B-Lamellensegmenten aufweisen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten gemessen wird. Mit der Messung der Haltekraft kann vorteilhaft kontrolliert werden, ob während des Herstellungsprozesses, z. B. nach einem Trennvorgang zum Aufbringen einer Wicklung und erneutem Zusammenfügen, die Haltekraft innerhalb des einzuhaltenden Haltekraftbereichs liegt bzw. bleibt und die Anzahl der eine Haltekraft ausübenden A-Lamellensegmente kann entsprechend angepasst werden, insbesondere automatisch mittels eines Regelungsverfahrens über die Steuerungseinrichtung. Z: B. können im Grenzfall zur Einhaltung des vorgegebenen Haltekraftbereichs auch lediglich A-Blechlamellen zu dem Lamellenpaket geschichtet werden.
Für einen automatischen Prozessablauf ist dabei vorteilhaft vorgesehen, dass bei Unterschreiten des vorgegebenen Haltekraftbereichs die Anzahl der A-Blechlamellen soweit erhöht und bei Überschreiten des Haltekraftbereichs die Anzahl der A-Blechlamellen soweit verringert wird, dass die Haltekraft in dem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt, wobei die erhöhte Anzahl der A-Blechlamellen durch Weglassen von B-Blechlamellen und die verringerte Anzahl von A-Blechlamellen durch Hinzufügen von B-Blechlamellen erforderlichenfalls ausgeglichen wird, um eine vorgegebene Stapelhöhe des Lamellenpakets beizubehalten.
Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten für eine automatische Prozessführung, insbesondere für eine Reglung des Prozessablaufs, bestehen darin, dass die Messung der Haltekraft während des Herstellungsprozesses nach Fertigstellung eines Lamellenpakets für jedes Lamellenpaket oder stichprobenartig nach Fertigstellung mehrerer Lamellenpakete für ein Lamellenpaket erfolgt und dass die Messergebnisse der Steuerungseinrichtung von Hand oder (vorzugsweise) automatisch zugeführt werden.
Vorteilhafte Verfahrensvarianten bestehen darin, dass die Messung der Haltekraft in radialer Richtung (rechtwinklig zur Längsachse) des Lamellenpakets durchgeführt wird und eine Messung der Trennkraft und/oder eine Messung der Fügekraft umfasst.
Für die Ausbildung des Bauteils und eine genaue Prozessführung sind des Weiteren die Maßnahmen von Vorteil, dass die Messung der Haltekraft nach einer Kompression der Blechlamellen des Lamellenpakets erfolgt und dass vor oder nach der Messung der Haltekraft oder bei gegebenenfalls ausbleibender Messung der Haltekraft eine Messung der Stapelhöhe und Stapelparallelität des Lamellenpakets durchgeführt wird.
Das Werkzeugsystem ist für die automatische Prozessführung vorteilhaft in der Weise ausgebildet, dass in dem Werkzeugsystem eine Messeinrichtung zum Messen der Haltekraft zwischen den Paketsegmenten integriert ist, dass die gemessene Haltekraft mittels einer Übertragungseinrichtung der Steuerungseinrichtung zugeführt wird bzw. zuführbar ist und dass die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei Abweichung der gemessenen Haltekraft von dem vorgegebenen Haltekraftbereich die Anzahl der A-Blechlamellen in dem Lamellenpaket so vergrößert oder verkleinert wird, dass die Haltekraft in dem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt, wogegen die Anzahl der B-Blechlamellen in dem Lamellenpaket, umgekehrt, entsprechend verkleinert oder vergrößert wird um eine vorgegebene Stapelhöhe einzuhalten. Die gemessene Haltekraft innerhalb der Prozessführung kann so zur Regelung des Prozessablaufs unter Einhaltung der Haltekraft in dem vorgegebenen Haltekraftbereich einfach genutzt werden. Mit dem so ausgebildeten Werkzeugsystem lassen sich auch auf einfache Weise unterschiedliche Anforderungen z. B. für verschiedene elektrische Maschinen praktisch ohne großen Aufwand erfüllen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Werkzeugsystems besteht ferner darin, dass die Werkzeuganordnung eine Verdichtereinheit zum Komprimieren der zu dem Lamellenpaket aufeinandergestapelten Blechlamellen aufweist, die der gegebenenfalls vorhandenen Messeinrichtung zum Messen der Haltekraft im Prozessablauf vorgelagert ist.
Ferner ist das Werkzeugsystem vorteilhaft dadurch ausgebildet, dass die Werkzeuganordnung eine, insbesondere der Verdichtereinheit zugeordnete, Messanordnung zur Messung der Stapelhöhe und/oder der Parallelität der Stirnseiten des Lamellenpakets aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Werkzeugsystems besteht darin, dass die Messeinrichtung zum Messen der Haltekraft eine Abzugsvorrichtung und/oder eine Fügevorrichtung zum Messen einer Trennkraft und/oder Fügekraft aufweist.
Der Erfindungsgegenstand umfasst des Weiteren einen Stator einer rotierend arbeitenden elektrischen Maschine mit einer Baueinheit, wobei an jedem Paketsegment ein Statorzahn ausgebildet ist und zwischen den Statorzähnen benachbarter Paketsegmente Wickelräume mit einbringbaren oder eingebrachten Wicklungen angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Ausschnitt eines Lamellenpakets mit zwei in Umlaufrichtung zusammengefügten Paketsegmenten, die jeweils in gleicher Weise aus zwei verschiedenen in Richtung der Längsachse des Lamellenpakets aufeinander gestapelten Lamellensegmentgruppen A und B mit innerhalb der Gruppe gleichen, aber von Gruppe zu Gruppe verschiedenen A-Lamellensegmenten bzw. B-Lamellensegmenten gebildet sind, in perspektivischer, in Längsrichtung zwischen den Gruppen auseinandergezogener Darstellung,
2 zwei in Umlaufrichtung auseinandergezogene Paketsegmente mit in Längsrichtung aufeinanderliegenden Lamellensegmentgruppen A und B in perspektivischer Darstellung,
3 die Paketsegmente nach 2 in ihrem in Umlaufrichtung zusammengefügten Zustand in perspektivischer Darstellung,
4 eine Draufsicht zweier in Umlaufrichtung zusammengefügter A-Lamellensegmente mit näher gekennzeichneten Haltestrukturen einer Geometrie A mit Haltefortsatz und Halteausnehmung,
5 eine Draufsicht zweier in Umlaufrichtung zusammengefügter B-Lamellensegmente mit näherer Kennzeichnung Ihrer Haltestrukturen einer Geometrie B mit Formfortsatz und Formausnehmung,
6 eine Schneideinheit für Blechlamellen mit Schneidelementen zum Ausbilden von Haltestrukturen der Lamellensegmente in perspektivischer Ansicht,
7 eine weitere Schneideinheit zum Schneiden weiterer Schneidkonturen der Blechlamellen ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht,
8 einen Stanzwerkzeugaufbau mit Teilen eines Werkzeuggestells in Draufsicht,
9 eine schematische Ansicht einer Werkzeuganordnung eines Werkzeugsystems zur Herstellung eines Lamellenpakets in Draufsicht,
10 eine schematische Ansicht einer Produktionsanlage zur Fertigung von Lamellenpaketen und
11 eine Messeinrichtung zum Messen der Haltekraft zwischen den Paketsegmenten eines Lamellenpakets und
12A und 12B eine Messvorrichtung zur Messung der Rundheit eines Lamellenpakets, insbesondere Stators.

Die 1 bis 3 zeigen einen Ausschnitt eines Lamellenpakets 1 mit zwei Paketsegmenten 10 zur Verdeutlichung des Aufbauprinzips eines Lamellenpakets in verschiedenen Darstellungen in perspektivischer Ansicht. Das Lamellenpaket 1 bildet z. B. das Blechpaket eines Stators einer rotierend arbeitenden elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors. Die Paketsegmente sind dabei einzelnen Statorzähnen zugeordnet und weisen vorliegend jeweils einen radial nach innen gerichteten Statorzahn mit Zahnkopf und zwischen den Statorzähnen liegenden Wickelräumen 11 zum Aufnehmen einer (nicht gezeigten) Statorwicklung auf. In ihrem von dem Zahnkopf radial nach außen gelegenen Bereich, vorliegend dem Statorjoch, sind die Paketsegmente 10 über Haltestrukturen zusammengefügt und können mit einer gewissen, in einer zur Längsachse des Lamellenpakets 1 rechtwinklig liegenden Ebene radial gerichteten Abzugskraft voneinander getrennt werden, um dann die Wicklung möglichst einfach auf den Statorzähnen aufbringen zu können. Danach werden die Paketsegmente 10 wieder zum Lamellenpaket 1 bzw. Stator mit einer radial nach innen gerichteten Fügekraft zusammengefügt, wobei die Haltestrukturen so ausgebildet sind, dass sie eine genügende Haltekraft ausüben, um eine zuverlässige Funktion der elektrischen Maschine zu gewährleisten.
Die Paketsegmente 10 des Lamellenpakets 1 sind, wie in 1 verdeutlichend dargestellt, aus zwei in Richtung der Längsachse des Lamellenpakets 1 aufeinandergestapelten Lamellensegmentgruppen aufgebaut, nämlich einer Lamellensegmentgruppe A 2, die mit Haltestrukturen versehen sind, welche eine bestimmte Haltekraft in radialer Richtung des Lamellenpakets 1 ausüben, und einer Lamellensegmentgruppe B 3, welche praktisch keine bzw. im Vergleich zu der Lamellengruppe A 2 eine deutlich geringere (z. B. höchstens die halbe oder allenfalls 60 % oder 80 % der Haltekraft) ausübt. Dabei sind die Lamellensegmentgruppen A 2 und B 3 abwechselnd aufeinandergestapelt.
Jede Lamellensegmentgruppe umfasst je nach zu erzeugender Haltekraft mehrere untereinander gleiche Lamellensegmente, nämlich die Lamellensegmentgruppe A 2 eine Haltekraft mit ihren Haltestrukturen ausübende A-Lamellensegmente 20, und die Lamellensegmentgruppe B 3 eine mit ihren Haltestrukturen keine oder allenfalls eine wesentlich geringere Haltekraft (z. B. höchstens die Hälfte oder allenfalls 60 % oder 80 % der Haltekraft der A-Lamellensegmente) ausübende B-Lamellensegmente 30.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der oberen Stirnseite zugewandt zunächst eine A-Lamellensegmentgruppe A 2 mit zwei A-Lamellensegmenten 20, darunter eine Lamellensegmentgruppe B 3 mit sechs B-Lamellensegmenten 30 angeordnet und darunter folgen abwechselnd wiederum eine Lamellensegmentgruppe A 2 mit zwei A-Lamellensegmenten 20 und eine Lamellensegmentgruppe B 3 mit sechs B-Lamellensegmenten 30 sowie eine weitere Lamellensegmentgruppe A 2 mit zwei A-Lamellensegmenten 20 und eine Lamellensegmentgruppe B 3 mit sechs B-Lamellensegmenten 30 und abschließend zur unteren Stirnseite hin noch eine Lamellensegmentgruppe A 2 mit zwei A-Lamellensegmenten 20. Dabei ist die Anzahl der Lamellensegmentgruppen A 2 und die Anzahl der innerhalb der Lamellensegmentgruppe A 2 angeordneten A-Lamellensegmente 20 so gewählt, dass die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten 10 innerhalb eines vorgegebenen Haltekraftbereichs liegt.
Die Haltekraft kann durch die Konstruktion der Haltestrukturen an den A-Lamellensegmenten 20 (und gegebenenfalls der B-Lamellensegmente 30) durch Messung und/oder Simulation vorbestimmt werden, wird vorteilhaft jedoch innerhalb des Produktionsprozesses mittels einer Messeinrichtung (gegebenenfalls zusätzlich) gemessen, wie weiter unten noch näher erläutert. Je nach aufzubringender Haltekraft kann also die Anzahl der A-Lamellensegmente 20 innerhalb der Lamellensegmentgruppe A 2 der jeweiligen Paketsegmente 10 und die Anzahl der Lamellensegmentgruppen A 2 innerhalb der Paketsegmente 10 variiert werden, um die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten 10 innerhalb des vorgegebenen Haltekraftbereichs einzuhalten. Von Lamellensegmentgruppe A 2 zu Lamellensegmentgruppe A 2 innerhalb eines Paketsegments 10 kann die Anzahl der A-Lamellensegmente 20 gleich bleiben oder variieren.
Der Aufbau der das Lamellenpaket 1 bildenden Paketsegmente 10 mit den in Richtung der Längsachse des Lamellenpakets 1 gestapelten Lamellensegmentgruppen A 2 und B 3 ist von Paketsegment 10 zu Paketsegment 10 jeweils gleich, d. h. die Paketsegmente 10 sind in gleicher Weise aus Lamellensegmentgruppen A 2 und B 3 mit jeweiligen A-Lamellensegmenten 20 und B-Lamellensegmenten 30 gleich aufgebaut. Durch Anordnung von mehr oder weniger Lamellensegmentgruppen B 3 und/oder von mehr oder weniger B-Lamellensegmenten 30 lässt sich die Stapelhöhe des Lamellenpakets 1 (ohne bzw. ohne wesentliche Änderung der Haltekraft) variieren, sodass sich eine vorgegebene Abmessung des Lamellenpakets 1 bzw. eines daraus aufgebauten Stators exakt einhalten lässt.
Bei dem Aufbau des Lamellenpakets 1 kann es vorteilhaft sein, wenn das Lamellenpaket 1 auf seinen beiden Stirnseiten mit Lamellensegmentgruppen A 2 abgeschlossen ist. Auch kann es vorteilhaft sein im mittleren Bereich mindestens eine Lamellensegmentgruppe A 2 zum Ausüben einer Haltekraft anzuordnen.
In 2 sind die beiden in 1 gezeigten Paketsegmente 10 in in Umfangsrichtung auseinandergezogener und in Längsrichtung mit den Lamellensegmentgruppen A 2 und B 3 kompakt aufeinandergestapelter Anordnung gezeigt. In 3 sind die beiden in 2 gezeigten Paketsegmente 10 in in Umfangsrichtung zusammengefügter Anordnung gezeigt. Die zwischen den Paketsegmenten 10 ausgeübten Haltekräfte wirken sich sowohl als Auszugskräfte (Trennkräfte) beim Auseinanderziehen der Paketsegmente 10 als auch als Fügekräfte beim Zusammenfügen der Paketsegmente 10 zu dem Lamellenpaket 1 aus.
Die 4 und 5 zeigen beispielhaft Haltestrukturen einer Geometrie A zweier zusammengefügter A-Lamellensegmente 20 (4) und einer Geometrie B zweier zusammengesetzter B-Lamellensegmente 30 (5).
Wie 4 zeigt, besitzt die Haltestruktur der Geometrie A der A-Lamellensegmente 20 auf einer in Umfangsrichtung liegenden Seite einen Haltefortsatz 21 und auf seiner in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seite eine zu dem Haltefortsatz 21 komplementäre Halteausnehmung 22, so dass zwei A-Lamellensegmente 20 mit ihrem Halteansatz 21 und ihrer Halteausnehmung 22 fixierend aneinandergefügt werden können. Die Halteausnehmung 22 ist dabei als hinterschnittene U-förmige Nut ausgebildet, deren etwa in einer radialen Ebene senkrecht zur Lamellenebene liegende Nutöffnung im bzw. nahe dem Eingangsbereich enger ausgebildet ist als ihre zum Nutgrund hin liegende lichte Weite, während der komplementäre Haltefortsatz 21 zu seinem freien Ende hin eine entsprechend größere Abmessung aufweist als seine im Ansatzbereich des A-Lamellensegments 20 liegende Ausdehnung. D. h. der Eingangsbereich der Halteausnehmung 22 bzw. der Ansatzbereich des Haltefortsatzes 21 besitzt eine geringere Ausdehnung X als der anschließende hinterschnittene Nutbereich der Halteausnehmung 22 bzw. der zum freien Ende hin liegende Bereich des Haltefortsatzes 21, sodass sich beim Zusammenfügen von Haltefortsatz 21 und Halteausnehmung 22 eine die Haltekraft ausübende Klemmwirkung ergibt. Somit kann die Haltekraft geometrieabhängig und materialabhängig exakt vorbestimmt werden, z. B. durch Simulation und/oder (vornehmlich) durch Messung. Auch ähnliche eine Haltekraft ergebende Geometrien sind möglich (z. B. Kreisabschnittform).
Die B-Lamellensegmente 30 sind hingegen so ausgebildet, dass sich beim Einfügen der zueinander komplementären Halteelemente der Haltestruktur keine oder allenfalls eine sehr geringe, jedenfalls wesentlich geringere (z. B. höchstens halb so gro-ße) Haltekraft wie bei den A-Lamellensegmenten 20 ergibt. Dies wird dadurch erreicht, dass bei den B-Lamellensegmenten 30 eine in Umlaufrichtung zeigende nutförmige Formausnehmung 32, z. B. ebenfalls in U-Form, keine Hinterschneidung, d. h. keinen verengten Öffnungsbereich und ein dazu komplementärer Formfortsatz 31 gegenüber seinem Ansatzbereich an dem B-Lamellensegment 30 zu seinem freien Ende hin nicht erweitert ist, sondern z. B. zueinander parallele oder sich verjüngende Flanken aufweist entsprechend den Nutflanken der Formausnehmung 32. Beispielsweise können die Flanken der Formausnehmung 32 und des Formfortsatzes 31 in einer Weite X parallel zueinander verlaufen, wie in 5 gezeigt. Zum möglichst ruckfreien Auseinanderziehen und Zusammenfügen und aus Herstellungsgründen der Paketsegmente 10 sind die Haltefortsätze 21 und Halteausnehmungen 22 nach 4 und die Formfortsätze 31 und Formausnehmungen 32 nach 5 in ihrem Öffnungsbereich und im Übergangsbereich zum Nutgrund hin vorteilhaft gerundet ausgebildet. Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Haltefortsätze 21 und Formfortsätze 31 sowie die Halteausnehmungen 22 und Formausnehmungen 32 ähnlich geformt sind, so dass bei (geringer) axialer Verschiebung der Blechlamellen, wie sie durch einen Wickelvorgang auftreten kann, ein Zusammensetzen der Paketsegmente nicht erschwert wird.
Zur Herstellung der Lamellenpakete 1 werden die einzelnen Blechlamellen in einer vorteilhaften Vorgehensweise im Vollschnitt hergestellt, bei dem die erforderlichen Schneidkonturen für den Luftspalt und die Freiräume für die Wicklung bzw. die Zahnkontur und gegebenenfalls weiteren zu schneidende Konturen und zudem die Trennlinien zwischen den einzelnen Lamellensegmenten der Blechlamellen in einer entsprechend ausgebildeten Schneideinheit, insbesondere in einem Stanzautomat, vollständig geschnitten werden. Um Blechlamellen herzustellen, die den A-Lamellensegmenten 20 zum einen und den B-Lamellensegmenten 30 zum anderen entsprechen, werden vorliegend zwei mit entsprechenden Schneidgeometrien A und B versehene Schneideinheiten 4 in der betreffenden Werkzeuganordnung 7 bzw. Produktionsanlage 8 (vgl. 9 und 10) verwendet. Eine Schneideinheit 4 ist beispielhaft in 6 dargestellt. Die Schneideinheit 4 umfasst dabei Schneidstempel 40 für die Herstellung der Haltestrukturen und angrenzender Konturabschnitte, sowie einen Schneideinsatz 41, Ausheber 42, Übertragungsbolzen 43, eine Übertragungsplatte 44 und eine Druckfeder 45.
Die Blechlamellen mit den ringförmig zusammengefügten A-Lamellensegmenten 20 sowie auch die Blechlamellen mit den ringförmig zusammengesetzten B-Blechlamellensegmenten 30 ergeben durch den vollständigen Schnitt der Blechlamellen mittels der beiden entsprechend ausgebildeten Schneideinheiten 4 eine hohe Präzision der Blechlamellen und des aus ihnen gestapelten Lamellenpakets 1. Bei einem damit aufgebauten Stator entsteht beim Fügen nach Aufbringen der Wicklung ein äußerst geringer Spalt, der präzise eingehalten werden kann. Dies ist wichtig, da durch äußere Einflüsse ein axialer Versatz der Lamellen zueinander entstehen kann (z. B. durch den Wickelzug). Bei z. B. (wie bei herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik ebenfalls üblich) lediglich teilweise geschnittenen, d. h. nicht komplett durchgeschnittenen Pre-Cuts, verbleibt ein undefiniertes, teilweise vorstehendes Restbruchgefüge, das sich nicht mehr spaltfrei fügen lässt, wodurch die wichtige Rundheit nicht mehr gegeben bzw. erheblich beeinträchtigt ist.
Die Haltefortsätze 21 bzw. Formfortsätze 31 als ausgestellte Flügel werden in der betreffenden Schneideinheit 4 nach dem Schneidvorgang mit Hilfe des Aushebers 42 wieder direkt in ihre Ausgangslage zurück und plan gedrückt. Der Ausheber 42 wird über die Federkraft der Druckfeder 45 (Schraubendruckfeder), die Übertragungsplatte 44 und den Übertragungsbolzen 43 betätigt und erzeugt eine plane Blechlamelle bzw. (im Falle eines Stators) Statorlamelle. Beide Bearbeitungsschritte, also sowohl das Schneiden als auch das Zurückdrücken erfolgen in derselben Station, nämlich der betreffenden Schneideinheit 4, womit wirtschaftlich vorteilhaft eine zusätzliche Planierstation bei beiden Schneideinheiten 4 (sowohl für die Geometrie A als auch für die Geometrie B) eingespart wird.
Wesentlich für den Aufbau des aus den A-Lamellensegmenten 20 und den B-Lamellensegmenten 30 gebildeten Lamellenpakets 1 ist, dass das Verhältnis der Anzahl der A-Lamellensegmente 20 zu der Anzahl der B-Lamellensegmente 30 in Abhängigkeit der geforderten Haltekraft, insbesondere der radialen Abzugskraft frei einstellbar ist. Eine betreffende Steuerung bzw. Regelung der Anordnung der A-Lamellensegmente 20 und B-Lamellensegmente 30 beim Aufbau des Lamellenpakets 1 kann dabei durch die betreffende Ausbildung einer Steuerungseinrichtung der Produktionsanlage vorgegeben werden.
Prinzipiell möglich, aber aufgrund von Nachteilen hinsichtlich Präzision vorliegend als weniger vorteilhaft angesehen, wäre auch eine Schneidvorrichtung, in der nicht die vollständigen Blechlamellen, sondern lediglich die A-Lamellensegmente 20 in einer Schneidstation und die B-Lamellensegmente 30 in einer betreffenden weiteren Schneidstation geschnitten und die in gleicher Weise gestapelten A-Lamellensegmente 20 und B-Lamellensegmente 30 als zunächst getrennte Paketsegmente 10 z. B. nach Aufbringen der Wicklung zusammengefügt werden.
Insbesondere für die Anwendung zum Aufbau eines Stators ist vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser des Lamellenpakets 1 durchgängig gleichbleibt. Dies führt insgesamt zu einer höheren Tragfähigkeit und besseren Kraftverteilung in einer Statorhülse als bei nicht durchgängigem Statoraußendurchmesser. Freischnitte für die genannte Ausbildung des Lamellenpakets liegen deshalb vorteilhafterweise nicht direkt am Außendurchmesser des Lamellenpakets 1. Neben der Tragfähigkeit eines so aufgebauten Stators an den Trennstellen ist der durchgängige Außendurchmesser auch von Vorteil für die Aufbringung einer Kennzeichnung auf der Mantelfläche. Liegen die Freischnitte für die Trennstellen der Lamellensegmente nicht direkt am Außendurchmesser, sind längere Freischnitte möglich, um ein materialschonendes Ausbiegen der Haltefortsätze 21 bzw. Formfortsätze 31 zu ermöglichen. Dabei liegt dann der Hinterschnitt nur an der Innenseite des betreffenden Lamellensegments. Damit ergeben sich bei einem axialen Versatz der Blechlamellen keine radialen Schübe, die negative Auswirkungen auf den Außendurchmesser des Lamellenpakets 1 bzw. des Stators haben. stellt schematisch einen Schneidstempel 50 für die Wickelräume 11 sowie einen Vorschneidstempel 51 für Freischnitte am Außendurchmesser dar. Die Freischnitte werden zum Ausführen des Schervorgangs benötigt.
Die Schneideinheiten 4 sowie weiteren Schneideinheiten 5 sind vorteilhaft als Stanzwerkzeuge in einem Aufbau mit einzelnen Modulen ausgeführt. 8 zeigt schematisch einen Stanzwerkzeugaufbau 6 mit einem Werkzeuggestell, das Gestellsäulen 60 und eine Grundplatte 61 aufweist. Zu schneidendes bzw. stanzendes Blech wird über einen Bandeinlauf 62 einem zur Bearbeitung ausgebildeten Modul 63 zugeführt. Die einzelnen Schneidmodule dienen hauptsächlich der Handhabung. Die Modulbauweise ist bezogen auf das Stanzpaketieren bisher nicht üblich. Die Eintauchtiefe des gesamten Stanzwerkzeuges kann über Distanzelemente 64 gesichert werden. Eine Klammer 65, Verschiebeeinsätze 66, 67 stellen einen präzisen Verschiebemechanismus für die Module dar.
Die in 9 gezeigte Werkzeuganordnung weist eine Schneideinrichtung mit einem Fängerloch 70 und einen Indexstempel 71 auf, wie an sich bekannt. Zum hochpräzisen Schneiden eines Luftspalts dient eine Luftspalt-Schneidstation 72. In einer Wickelraum- und Vorschnittschneidstation 73 werden anschließend die Wickelräume und ein Vorschnitt geschnitten. Für die weitere Bearbeitung sind Fänger und Heber 74 vorgesehen. Zum Schneiden der A-Lamellensegmente 20 und der B-Lamellensegmente 30 sind Schneidstationen 75 bzw. 76 mit den betreffenden Schneideinheiten vorhanden, die vorliegend die wesentlichen Hauptschneidprozesse der Erfindung bilden.
Die 10 zeigt schematisch eine Produktionsanlage 8, in der das erfindungsgemä-ße Produktionskonzept umgesetzt wird. Die Produktionsanlage 8 ist beispielsweise zum Aufbau von Teilen einer elektrischen Maschine mit Rotor und Stator ausgebildet und umfasst einen Stanzautomat 80, ein Rotor-Förderband 81, ein Stator-Förderband 82, eine erste Robotereinheit 83 am Rotor-Förderband 81 und eine zweite Robotereinheit 84 am Stator-Förderband 82, eine Mess- und Nachverdichtereinheit 85 am Rotor-Förderband 81, eine weitere Mess- und Nachverdichtereinheit 86 am Stator-Förderband 82, eine dritte Robotereinheit 87 in der Rotorlinie, Beschriftungseinheiten 88 für Mantel- und Stirnfläche, eine vierte Robotereinheit 89 in der Statorlinie sowie Fördereinheiten 890, 891 für Blister in der Rotor- bzw. Statorlinie. Je nach Stückzahl kann der Automatisierungsgrad der Prozesslinie angepasst werden. Die Laser-Beschriftung ist optional.
Das Rotor-Förderband 19 führt den Rotor unter dem Werkzeug ab, das Stator-Förderband 20 führt den Stator unter dem Werkzeug ab. Die Robotereinheiten 21, 22 sind vorzugsweise als SCARA-Roboter ausgebildet, die die Teile vom jeweiligen Förderband orientiert auf die lineare Fördereinheit setzen. Die Mess- und Nachverdichtereinheiten 85 bzw. 86 verdichten die betreffenden Lamellenpakete des Rotors bzw. des Stators und messen deren Höhe sowie Parallelität. Die ebenfalls als SCARA-Roboter ausgebildeten Robotereinheiten 87, 89 setzen die verdichteten Lamellenpakete des Rotors bzw. des Stators in vorgesehene Blister oder KLT-Behälter, die über die betreffenden Fördereinheiten 890, 891 positioniert werden.
In dem Stanzautomaten 80, der insbesondere als Hochleistungsstanzautomat ausgebildet ist, werden die einzelnen Blechlamellen komplett durchgestanzt. Die Haltekräfte zwischen den Paketsegmenten 10 des Lamellenpakets 1 werden in definierten Abständen während der Produktion in einer zugeordneten Messstation gemessen, wobei die Zuführung zu derselben automatisch erfolgen kann. Die Messergebnisse werden direkt in eine Steuerungseinrichtung der Produktionsanlage 8 eingespielt. Auf diese Weise wird eine Regelung der radialen Haltekräfte bzw. Abzugs- und/oder Fügekräfte während der Produktion durchgeführt bzw. automatisch durchführbar. Dabei stapelt eine Stapelvorrichtung mit einer integrierten Dreheinheit innerhalb der Werkzeuganordnung 7 die ringförmigen Blechlamellen in gesteuerter oder geregelter Anordnung zu dem Lamellenpaket 1. Die Weitergabe der Lamellenpakete 1 bzw. der daraus gebildeten Statoren erfolgt mittels der Fördertechnik zu der Verdichtereinheit 86 bzw. (bei einem Rotor) 85. Mittels der betreffenden Messeinheit kann die Höhe des Lamellenpakets gemessen werden, wodurch die Lamellenanzahl während des Herstellungsprozesses geregelt werden kann. Auf diese Weise können einzelne Blechlamellen je nach Bedarf hinzugefügt oder weggenommen werden. Zusätzlich kann die Parallelität des Lamellenpakets 1 gemessen werden, um eine präzise Funktion zu gewährleisten.
Durch die integrierte Regelung der Anzahl von A-Lamellensegmenten 20 wird eine genaue Einstellung der radialen Haltekraft ermöglicht, wobei die gemessene Haltekraft mit einer vorgegebenen Haltekraft verglichen wird und die Anzahl der A-Lamellensegmente 20 automatisch so gewählt wird, dass die Haltekraft innerhalb des vorgegebenen Haltekraftbereichs liegt. Zum Messen der Haltekraft wird insbesondere die Auszugskraft (Trennkraft) zwischen dem Paketsegmenten 10 zugrunde gelegt. Die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten 10 des Lamellenpakets 1 kann somit unabhängig von einem Werkzeug-Verschleiß, der Materialfestigkeit und/oder der Höhe des Lamellenpakets 1 innerhalb einem festen Bereich eingestellt werden. Dies trägt wesentlich zu einer gleichbleibend hohen Qualität des Lamellenpakets 1 und damit auch eines daraus aufgebauten Stators bzw. der elektrischen Maschine bei.
11 zeigt den Aufbau einer Messeinrichtung 9 zur Messung der Haltekräfte zwischen den Paketsegmenten 10 eines Lamellenpakets 1. Dabei werden die Haltekräfte, insbesondere Trennkräfte zwischen zwei diametral gegenüberliegenden Paaren von Paketsegmenten 10 gleichzeitig gemessen und der halbe Wert dieser Trennkraft als Haltekraft zwischen zwei Paketsegmenten 10 angenommen. Dieses Messergebnis wird der Steuerungseinrichtung zur Regelung der Anzahl der A-Lamellensegmente 20 zugeführt. Dabei wird die Anzahl der B-Lamellensegmente entsprechend angepasst, um eine vorgegebene Stapelhöhe des Lamellenpakets 1 einzuhalten.
Nach der Messung der Trennkraft bzw. Haltekraft mittels der Messeinrichtung 9 werden die beiden Hälften des Lamellenpakets 1 wieder zusammengedrückt und das ganze Lamellenpaket 1 um eine Teilung der Paketsegmente 10 gedreht. Dann wird die Prüfung wiederholt, bis alle Trennlinien geprüft sind. Der Bestimmung der gemessenen Haltekraft kann eine statistische Ermittlung (z. B. Mittelwertbildung, Ausschluss bei zu hohen Abweichungen von einem Mittelwert oder dgl.) zugrunde gelegt werden. Ferner können auch die Fügekräfte zum Zusammenfügen der Paketsegmente 10 mittels der Messeinrichtung 9 beim Zusammendrücken der betreffenden Hälften des Lamellenpakets 1 gemessen werden. Die integrierte Messung sowohl der radialen Abzugs- und/oder Fügekräfte als auch der Stapelhöhe und Parallelität des Lamellenpakets 1 ermöglicht ein genaues Einhalten der geforderten Haltekräfte, nämlich der Abzugs- und/oder Fügekräfte.
In 11 ist der Aufbau der Messeinrichtung 9 mit einer Trennvorrichtung schematisch dargestellt. Eine erste Führungseinheit 90 weist eine Führungsschiene 900 (z. B. in Form einer Schwalbenschwanzführung) auf und eine zweite Führungseinheit 93 weist eine weitere Führungsschiene 930 (z. B. ebenfalls eine Schwalbenschwanzführung) auf. Auf den Führungsschienen 900 und 930 sind ein unteres Klemmbackenpaar 92 bzw. ein oberes Klemmbackenpaar 91 geführt. Die zweite, in 11 obere, Führungseinheit 93 ist über ein Aufhängmittel 94 schwimmend aufgehängt. Zwischen dem oberen Klemmbackenpaar 91 und dem unteren Klemmbackenpaar 92 ist jeweils eine Hälfte des Lamellenpakets 1 mit den betreffenden Paketsegmenten 10 eingeklemmt, sodass die beiden Hälften des Lamellenpakets 1 durch Ausüben einer Zugkraft an dem oberen Klemmbackenpaar 91 über die zweite Führungseinheit 93 mit dem Aufhängemittel 94 unter Messung der Abzugskraft (Trennkraft) zwischen den beiden Hälften des Lamellenpaket 1 bzw. der Trennstellen zwischen den betreffenden Paketsegmenten 10 mittels der Messeinrichtung 9 gemessen werden kann. Entsprechend kann auch die Fügekraft zum Zusammenfügen der beiden Hälften des Lamellenpakets 1 bzw. der betreffenden Paketsegmente 10 in der entgegengesetzten Richtung zur Auszugsrichtung gemessen werden.
Ferner kann die Messung des Außendurchmessers und der Rundheit des Lamellenpakets 1, wie in den 12A und 12B gezeigt, z. B. über einen in einer Innenform einer separaten Messvorrichtung 95 befindlichen konischen Spannring 96 mit jeweils außen konischen Segmenten zum zentrischen und runden Spannen eines Lamellenpakets 1 bzw. Stators ermöglicht werden. Zum Öffnen der Segmente befindet sich z. B. eine Ösenform im Ring bzw. an den Segmenten.
Der vorgestellte erfindungsgemäße Aufbau der Baueinheit für eine elektrische Maschine mit dem so ausgebildeten Lamellenpaket, das vorgestellte Verfahren zum Herstellen der Baueinheit sowie die Produktionsanlage mit dem Werkzeugsystem zur Herstellung der Baueinheit tragen wesentlich zur Erhöhung der Präzision der Baueinheit und damit ausgestatteter elektrischer Maschinen bei und ermöglichen dabei eine flexible Anpassung des Produktionsprozesses.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CA 2758405 C [0002]
EP 0833427 B1 [0003]
DE 102017201178 A1 [0004]
EP 2356734 B2 [0005]
EP 0871282 A1 [0006]
CN 104874756 B [0007]
CN 107008962 A [0007]
CN 108262519 B [0007]
DE 102012224153 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Liu, L.-H. and Liu L.-C. (2017). Analysis of interlocking performances on non-oriented electrical steels. AIP Advances 8, 056605 [0010]

Claims

Baueinheit für eine elektrische Maschine, wie Rotor oder insbesondere Stator, mit einem aus einer Vielzahl in Richtung einer Längsachse aufeinander geschichteter Blechlamellen zusammengesetzten Lamellenpaket (1), welches in Umlaufrichtung aus mehreren Paketsegmenten (10) mit in Umlaufrichtung angeordneten, mittels seitlicher Haltestrukturen ineinandergreifenden Lamellensegmenten zusammengefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die das Lamellenpaket (1) bildenden Paketsegmente (10) in gleicher Weise aus mindestens zwei verschiedenen Lamellensegmentgruppen A (2) von untereinander gleich konturierten A-Lamellensegmenten (20) und Lamellensegmentgruppen B (3) von untereinander gleich konturierten B-Lamellensegmenten (30) geschichtet aufgebaut sind, wobei sich die A-Lamellensegmente (20) von den B-Lamellensegmenten (30) in ihren Haltestrukturen bezüglich ihrer Haltekraft in zumindest radialer Richtung in der Ebene der Blechlamellen unterscheiden.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Lamellensegmente (20) in Umlaufrichtung jeweils auf ihrer einen Seite mit mindestens einer hinterschnittenen nutartigen Halteausnehmung (22) und auf ihrer anderen Seite mit mindestens einem daran angepassten und mit einer abgestimmten Haltekraft einsetzbaren komplementären Haltefortsatz (21) versehen sind und dass die B-Lamellensegmente (30) in Umlaufrichtung jeweils auf ihrer einen Seite mit mindestens einer nutartigen Formausnehmung (32) und auf ihrer anderen Seite mit einem daran angepassten und ohne Haltekraft einsetzbaren Formfortsatz (31) versehen sind.
Baueinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellensegmentgruppen A (2) mindestens zwei A-Lamellensegmente (20) und die Lamellensegmentgruppen B (3) mindestens zwei B-Lamellensegmente (30) aufweisen und dass jedes Paketsegment (10) mindestens zwei Lamellensegmentgruppen A (2) und mindestens zwei Lamellensegmentgruppen B (3) umfasst, wobei sich die Lamellensegmentgruppen A (2) und Lamellensegmentgruppen B (3) innerhalb der Paketsegmente (10) in gleicher Weise abwechseln.
Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Paketsegments (10) mindestens zwei Lamellensegmentgruppen A (2) relativ zueinander und/oder mindestens zwei Lamellensegmentgruppen B (3) relativ zueinander und/oder mindestens eine Lamellensegmentgruppe A (2) relativ zu mindestens einer Lamellensegmentgruppe B (3) eine unterschiedliche Anzahl von A-Lamellensegmenten (20) bzw. B-Lamellensegmenten (30) aufweisen.
Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem - einer Werkzeuganordnung (7) eine Blechbahn zugeführt wird, - aus der Blechbahn A-Blechlamellen mit umlaufend aneinandergefügten A-Lamellensegmenten (20) und B-Blechlamellen mit umlaufend aneinandergefügten B-Lamellensegmenten (30) ausgeschnitten werden, wobei sich seitliche Haltestrukturen der A-Lamellensegmente (20) von seitlichen Haltestrukturen der B-Lamellensegmente (30) in ihrer Haltekraft unterscheiden, - und A-Blechlamellen und B-Blechlamellen automatisch in von einer Steuerungseinrichtung vorgegebener Abfolge in Richtung einer Längsachse zu einem Lamellenpaket (1) aufeinandergeschichtet werden oder B-Blechlamellen vollständig weggelassen werden, so dass die Haltekraft zwischen den aus den A-Lamellensegmenten (20) und B-Lamellensegmenten (30) bzw. ohne B-Lamellensegmenten (30) geschichteten Paketsegmenten (10) in einem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft zwischen den Paketsegmenten (10) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten des vorgegebenen Haltekraftbereichs die Anzahl der A-Blechlamellen soweit erhöht und bei Überschreiten des Haltekraftbereichs die Anzahl der A-Blechlamellen soweit verringert wird, dass die Haltekraft in dem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt, wobei die erhöhte Anzahl der A-Blechlamellen durch Weglassen von B-Blechlamellen und die verringerte Anzahl von A-Blechlamellen durch Hinzufügen von B-Blechlamellen ausgeglichen wird, um eine vorgegebene Stapelhöhe des Lamellenpakets (1) beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Haltekraft während des Herstellungsprozesses nach Fertigstellung eines Lamellenpakets (1) für jedes Lamellenpaket (1) oder stichprobenartig nach Fertigstellung mehrerer Lamellenpakete (1) für ein Lamellenpaket (1) erfolgt und dass die Messergebnisse der Steuerungseinrichtung von Hand oder automatisch zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Haltekraft in radialer Richtung des Lamellenpakets (1) durchgeführt wird und eine Messung der Trennkraft und/oder eine Messung der Fügekraft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Haltekraft nach einer Kompression der Blechlamellen des Lamellenpakets (1) erfolgt und dass vor oder nach der Messung der Haltekraft oder bei gegebenenfalls ausbleibender Messung der Haltekraft eine Messung der Stapelhöhe und Stapelparallelität des Lamellenpakets (1) durchgeführt wird.
Werkzeugsystem zur Herstellung einer Baueinheit für eine elektrische Maschine, wie Stator oder Rotor insbesondere nach Anspruch 1, bei dem in einer Werkzeuganordnung (7) einer Produktionsanlage (8) eine Stanzanordnung zum Schneiden von zu einem Lamellenpaket (1) aufeinander zu schichtenden Blechlamellen vorhanden ist, wobei die Stanzanordnung mehrere Schneidstationen (72, 73, 75,76) mit Schneideinheiten (4, 5) zum Schneiden der Blechlamellen in umlaufend mit seitlichen Haltestrukturen auseinandernehmbar zusammengefügte und nach Auseinandernehmen wieder zusammenfügbare Lamellensegmente und von erforderlichen weiteren Schneidabschnitten der Blechlamellen aufweist, und weiterhin eine von einer Steuerungseinrichtung gesteuerte Stapelvorrichtung zum Bilden des Lamellenpakets (1) aus aufeinander gestapelten Blechlamellen vorhanden ist, das sich in Umlaufrichtung aus Paketsegmenten (10) zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schneiden der Lamellensegmente zwei verschiedene Schneidstationen (75, 76) vorhanden sind, von denen die eine (z. B. 75) zum Schneiden von A-Lamellensegmenten (20) ausgebildet ist, deren seitlichen ineinandergreifenden Haltestrukturen zum Ausüben radialer Haltekräfte ausgebildet sind, und die andere Schneidstation (z. B. 76) zum Schneiden von B-Lamellensegmenten (30) ausgebildet ist, deren seitlichen ineinandergreifenden Haltestrukturen zum Ausüben geringerer Haltekräfte als die Haltestrukturen der A-Lamellensegmente bis hin zu praktisch keinen Haltekräften ausgebildet sind, und dass die Stapelvorrichtung zum Anordnen einer Anzahl von aus A-Lamellensegmenten (20) zusammengesetzten A-Blechlamellen und einer Anzahl von aus B-Lamellensegmenten (30) zusammengesetzten B-Blechlamellen innerhalb eines Lamellenpakets (1) nach Vorgabe durch die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, wobei die Anzahl der A-Blechlamellen und die Anzahl der B-Blechlamellen auf Basis einer einzuhaltenden Haltekraft innerhalb eines vorgegebenen Haltekraftbereichs zwischen den Paketsegmenten (10) von der Steuerungseinrichtung bestimmt wird.
Werkzeugsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Werkzeugsystem eine Messeinrichtung (9) zum Messen der Haltekraft zwischen den Paketsegmenten integriert ist, dass die gemessene Haltekraft mittels einer Übertragungseinrichtung der Steuerungseinrichtung zugeführt wird und dass die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei Abweichung der gemessenen Haltekraft von dem vorgegebenen Haltekraftbereich die Anzahl der A-Blechlamellen in dem Lamellenpaket (10) so vergrößert oder verkleinert wird, dass die Haltekraft in dem vorgegebenen Haltekraftbereich liegt, wogegen die Anzahl der B-Blechlamellen in dem Lamellenpaket (10), umgekehrt, entsprechend verkleinert oder vergrößert wird.
Werkzeugsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuganordnung (7) eine Verdichtereinheit (85) zum Komprimieren der zu dem Lamellenpaket (10) aufeinandergestapelten Blechlamellen aufweist, die der gegebenenfalls vorhandenen Messeinrichtung zum Messen der Haltekraft im Prozessablauf vorgelagert ist.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuganordnung (7) eine, insbesondere der Verdichtereinheit (85) zugeordnete, Messanordnung zur Messung der Stapelhöhe und/oder der Parallelität der Stirnseiten des Lamellenpakets (10) aufweist.
Werkzeugsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (9) zum Messen der Haltekraft eine Abzugsvorrichtung und/oder eine Fügevorrichtung zum Messen einer Trennkraft und/oder Fügekraft aufweist.
Stator einer rotierend arbeitenden elektrischen Maschine mit einer Baueinheit nach Anspruch 1, wobei an jedem Paketsegment (10) ein Statorzahn ausgebildet ist und zwischen den Statorzähnen benachbarter Paketsegmente (10) Wickelräume mit einbringbaren oder eingebrachten Wicklungen angeordnet sind.