DE102022120602A1

DE102022120602A1 - Verfahren zum Herstellen eines Blechs aus einer weichmagnetischen Legierung für ein Blechpaket

Info

Publication number: DE102022120602A1
Application number: DE102022120602.5A
Authority: DE
Inventors: Niklas VOLBERS; Joachim Gerster
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Blechs aus einer weichmagnetischen Legierung für ein Blechpaket wird bereitgestellt. Eine Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung bereitgestellt, die jeweils eine Fläche f aufweisen und zumindest teilweise mit einer keramikbildenden Schicht beschichtet sind. Die Bleche werden aufeinander zu einem Stapel gestapelt und der Stapel durch das Anordnen eines zusätzlichen Gewichts auf einem obersten Blech des Stapels beschwert, wobei das Gewicht ausschließlich durch zumindest eine Platte mit einer Dicke und einer Dichte bereitgestellt wird, wobei die zumindest eine Platte ein Gewicht G hat, sodass das Verhältnis G/f 0,01 kPa bis 10 kPa beträgt. Der Stapel wird wärmebehandelt, während das Gewicht auf dem obersten Blech des Stapels angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechs für ein Blechpaket, wobei das Blech eine weichmagnetische CoFe-Legierung aufweist.
Elektrische Maschinen können als Motoren oder Generatoren betrieben werden und weisen in den meisten Ausführungen einen Stator aus einem weichmagnetischen Material auf. Im Betrieb von elektrischen Maschinen unterliegen Richtung und Stärke des magnetischen Flusses im Rotor und Stator einem periodischen Wechsel. Dieses magnetische Wechselfeld induziert in kreisförmiger Richtung dazu, also auch in Richtung der Längsachse des Rotors und Stators, Wirbelströme, welche einen Teil der dem System zugeführten Energie als Wärme dissipieren, sodass dieser Teil keinen Beitrag zur Verrichtung mechanischer Arbeit mehr leistet. Um Wirbelströme und die damit verbundenen Verluste gering zu halten, ist ein hoher elektrischer Widerstand von Rotor und Stator in axialer Richtung (Richtung der Längsachse des Rotors und Stators) erstrebenswert. Erreicht wird dies typischerweise durch einen geschichteten Aufbau.
Der Rotor und/oder der Stator können eine Vielzahl identischer Einzelbleche (auch „Lamellen“ oder „Lagen“ genannt) aufweisen, die aufeinandergestapelt und dabei gegeneinander elektrisch isoliert werden. Man bezeichnet einen solchen Aufbau als Blechpaket (auch „Paket“, engl.: „stack“). Dabei sind die Wirbelstromverluste proportional zum Quadrat der Blechdicke der Einzellagen. Folglich: Je dünner die Lagen, desto niedriger die Wirbelstromverluste und desto höher der Wirkungsgrad.
Es ist wünschenswert, dass der Stator und der Rotor eine hohe Leistungsdichte haben, damit die elektrische Maschine ein kleines Bauvolumen und eine hohe Leistung hat. Der Füllfaktor eines Blechpakets beschreibt den Anteil magnetisch leitfähigen Materials innerhalb des Blechpakets, der sich aus dem Gesamtvolumen abzüglich des Volumens von Isolationsschichten, Klebeschichten, Luftspalten und anderen magnetisch schlecht leitenden Schichten ergibt. Vom Füllfaktor hängt u.a. die mit dem Antrieb erzielbare Leistungs- und Drehmomentdichte ab, so dass ein hoher Füllfaktor wünschenswert ist.
Ferner sind eine hohe magnetische Leitfähigkeit (Permeabilität) des Materials sowie das Vermögen, eine möglichst große Flussdichte (Induktion) zu tragen, von Vorteil, um die Leistung des Stators zu erhöhen. Bei Anwendungen, in denen eine möglichst hohe Leistungsdichte notwendig oder gewünscht ist, werden Kobalt-Eisen (CoFe) - Legierungen verwendet. Kommerziell verfügbare CoFe-Legierungen weisen typischerweise eine Zusammensetzung von 49 Gew. % Fe, 49 Gew. % Co und 2 % V auf.
Neben der Wahl des Werkstoffs hat aber auch die Fertigungstechnik einen Einfluss auf die Leistung des Stators und damit auch auf die gesamte elektrische Maschine. Die Einzelbleche können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Erodieren. Das Fügen der Bleche zum Blechpaket kann ebenfalls durch eine Vielzahl von Verfahren erfolgen, zum Beispiel durch Anbringen einer durchgehenden Laserschweißnaht, wie in der US 2017/047829 A1 offenbart ist, oder durch Verkleben, wie in der EP 1 833 145 A2 offenbart ist. Dabei gibt es auch Verfahren, bei denen das Fügen der Bleche direkt im Werkzeug realisiert wird, wie zum Beispiel beim Stanzpaketieren.
Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Blechpaket mit einem hohen Füllfaktor hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen eines Blechs aus einer weichmagnetischen Legierung für ein Blechpaket angegeben, wobei das Verfahren Folgendes aufweist. Eine Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung wird bereitgestellt. Die Bleche weisen jeweils eine Fläche f auf und sind zumindest teilweise mit einer keramikbildenden Schicht beschichtet. Die Bleche werden aufeinander zu einem Stapel gestapelt und der Stapel durch das Anordnen eines zusätzlichen Gewichts auf dem obersten Blech des Stapels beschwert. Das Gewicht wird ausschließlich durch zumindest eine Platte mit einer Dicke und einer Dichte bereitgestellt. Die zumindest eine Platte hat ein Gesamtgewicht G, sodass das Verhältnis, G/f, 0,01 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise 0,01 kPa bis 1 kPa, vorzugsweise 0,1 kPa bis 10 kPa beträgt. Der Stapel wird wärmebehandelt, während das Gewicht auf dem obersten Blech des Stapels angeordnet ist.
Diese Wärmbehandlung kann als Schlussglühung bezeichnet werden und wird verwendet, um die gewünschten magnetischen Eigenschaften der CoFe-Legierung zu erzeugen bzw. zu optimieren. Die Wärmebehandlungsbedingungen werden abhängig von der Zusammensetzung der CoFe-Legierung und den geforderten magnetischen und mechanischen Eigenschaften ausgewählt.
Das Verfahren stellt aufgrund der Wärmebehandlung unter einem zusätzlichen externen Gewicht Bleche bereit, die nach der Wärmebehandlung eine hohe Planarität haben. Die Bleche sind im Stapel lose und miteinander nicht verbunden und können nach der Wärmebehandlung und dem Entfernen der Platte(n) weiterbearbeitet werden, um ein Blechpaket mit einem höheren Füllfaktor herzustellen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die magnetischen Eigenschaften von weichmagnetischen Werkstoffen, einschließlich FeCo-Legierungen, durch die Zusammensetzung und das Gefüge bestimmt werden. Bei der Schlussglühung, die typischerweise bei Temperaturen von über 700 °C (oder > 720 °C, bevorzugt zwischen 750 °C und 960 °C) durchgeführt wird, wird die Dehngrenze des Materials herabgesetzt, sodass die Bleche während der Glühung sehr weich werden und sich plastisch verformen können. Zudem kann es zum Beispiel bei Materialien der Zusammensetzung 49 % Co, 49% Fe, 2 % V (Permendur) zu einer Größenänderung während der Glühung kommen, bedingt durch Änderungen im Ordnungszustand während der Glühung. Entsprechend ändern sich auch die Gitterkonstante und die Dichte des Materials während der Glühung. Erfolgt diese Änderung ungleichmäßig über das Material verteilt, kann dies zu lokalen Deformationen führen, sodass nach der Glühung unplane oder wellige Bleche resultieren, die gar nicht oder nur unzureichend zu Blechpaketen weiterverarbeitet werden können.
Mit der Änderung der Gitterkonstante, die mit dem Grad der Ordnung der B2-Überstruktur verknüpft ist, erfolgt auch eine Änderung der lateralen Blechausdehnung. Dies tritt durch eine signifikante Längenänderung des Blechs in Erscheinung, deren Größe um 0,2 % liegt. Da es sich bei den Blechen um kaltgewalzte Produkte handelt, ist diese Längenänderung anisotrop. So beträgt sie senkrecht zur Walzrichtung in der Blechebene ungefähr 0,1 % und in Walzrichtung ungefähr 0,2 %, bezogen auf die Länge vor der Schlussglühung im kaltgewalzten Zustand. Die exakte Längenänderung hängt von Legierungszusammensetzung und dem Kaltverformungsgrad sowie der Glühbehandlung und dem Ordnungsgrad ab. Neben den Spannungen im kaltgewalzten Blech, trägt auch diese anisotrope Längenänderung während des Glühprozesses maßgeblich dazu bei, dass nach dem Glühprozess zuvor plane Bleche wellig und unplan werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Gewicht in Form einer oder mehrerer Platten auf die lose gestapelten Blechen angeordnet und dieser Aufbau aus den gestapelten Blechen und Platte(n) wärmebehandelt. Die Platten haben jeweils zwei Hauptoberflächen, die eben und im Wesentlichen parallel zueinander sind. Ebenfalls weisen die Bleche jeweils zwei gegenüberliegenden Hauptoberflächen auf, die ungefähr parallel zueinander verlaufen. Die Hauptoberflächen der Platte(n) sind auf den Hauptoberflächen der Bleche angeordnet, sodass der Druck der Platte(n) möglichst homogen auf die Hauptoberflächen der Bleche ausgeübt wird. Somit wird die Planarität der Bleche nach der Wärmbehandlung erhöht. Mit diesen planaren Blechen kann ein Blechpaket mit einem höheren Füllfaktor und somit verbesserter Leistungsdichte bereitgestellt werden, da größere und unregelmäßige Luftspalte zwischen benachbarten Blechen des Blechpakets vermieden werden.
Als Gewicht können eine einzige Platte oder mehrere Platten verwendet werden, wobei die mehreren Platten aufeinander gestapelt werden. Die Platte bzw. die Platten sind planar und vorzugsweise so planar und eben wie möglich. Dadurch wird das Gewicht homogen über den Stapel von Blechen verteilt, sodass es weniger, vorzugswese möglichst keine Variationen im Verhältnis G/f über die Fläche der Bleche gibt.
Die Bleche werden zu einem Stapel aufgesetzt und während der magnetischen Schlussglühung mit zumindest einer ebenen Platte beschwert. Das Beschweren mit der Platte dient zum einen dazu, die Bleche während der Glühung so zu belasten, dass mögliche Verformungen senkrecht zur Blechebene vermieden werden. Zudem stellt die Beschwerung eine thermische Last dar, die für eine homogenere Temperaturverteilung über die Höhe des Blechstapels sorgt. Ohne die Beschwerung würden die oben im Stapel liegenden Bleche schneller Wärme aufnehmen oder abgeben können als zum Beispiel die in der Mitte des Blechstapels liegenden, die von anderen Blechen umgeben sind.
Die Verwendung von mehreren Platten ermöglicht, dass das Gesamtgewicht einfacher variiert werden kann. Wenn mehrere Platten verwendet werden, hat jede Platte vorzugsweise die gleiche Fläche, sodass die Platten aufeinander ausgerichtet werden können. Dadurch wird das Gewicht homogen über den Stapel von Blechen verteilt, sodass es weniger Variationen im Verhältnis G/f über die Fläche der Bleche gibt.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Platte bzw. die jeweiligen Platten eine Dicke von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 20 mm bis 50 mm und eine Dichte von 3 g/cm³ bis 15 g/cm³ auf.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Platte bzw. die Platten Eisen, Stahl, Edelstahl, hitzebeständigen Edelstahl, eine Superlegierung, eine CoFe-Legierung oder eine Keramik auf. Wenn mehrere Platten verwendet werden, können diese dasselbe Material oder unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise kann die unterste Platte aus Keramik bestehen, damit sie nicht mit dem obersten Blech versschweißt und die weiteren Platten können ein Material mit einer höheren Dichte aufweisen, damit die Höhe des Aufbaus kleiner gehalten wird.
In manchen Ausführungsbeispielen weist der Stapel ein Gewicht g auf und das Gesamtgewicht der Platte(n) G ist größer als das Gewicht g des Stapels aus den Blechen, d.h. G ≥ g, vorzugsweise G ≥ 2g. Es kann aber auch bei Stapeln einer großen Anzahl von Blechen g ≥ G sein.
Die Außenkontur der Platte kann dabei gleich oder größer der Kontur der Bleche sein. In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Platte bzw. die Platten jeweils eine Außenkontur auf, die die gleiche Form wie die Außenkontur der jeweiligen Bleche hat. Die Platte bzw. die Platten können zum Beispiel ringförmig, kreisförmig, quadratisch oder rechteckig sein.
Bei einem Stapel aus rechteckigen oder quadratischen Blechen kann zum Beispiel eine rechteckige bzw. eine quadratische Platte gewählt werden, deren Seitenlängen größer oder gleich als die entsprechenden Längen der Bleche gewählt werden. Bei einem Stapel aus runden Statorgeometrien mit Innenloch kann zum Beispiel eine scheibenförmige Platte gewählt werden, deren Außendurchmesser größer oder gleich als der Außendurchmesser des Bleches und dessen Innendurchmesser kleiner oder gleich als der Innendurchmesser der Bleche sind, wohingegen bei einem Stapel aus runden Rotorgeometrien zum Beispiel eine scheibenförmige Platte, deren Außendurchmesser größer oder gleich als der Außendurchmesser der Rotorgeometrie ist, gewählt wird.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die Platte eine oder mehrere Öffnungen auf. Beispielsweise kann die Platte ringförmig sein. Im Aufbau aus dem Stapel und die Platte, der wärmebehandelt wird, wird die Platte auf dem Stapel so angeordnet, dass die Öffnungen neben den Blechen angeordnet, damit die Bleche vollständig unter dem geschlossenen Bereich der Platte angeordnet sind.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Platte bzw. die Platten jeweils eine Fläche F auf, die gleich oder größer als die Fläche f der jeweiligen Bleche ist, wobei die Platte bzw. Stapel aus Platten die Fläche f der Bleche während des Wärmebehandelns vollständig abdeckt. Wenn die Fläche der Platte bzw. Platten größer ist als die Fläche der Bleche, ist der Überhang der Platte möglichst gleichmäßig, damit der Stapel stabiler und das Verhältnis G/f homogener über die Fläche der Bleche ist.
In Ausführungsbeispielen, bei denen die Platte eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die Fläche F bezeichnet die Fläche des geschlossenen Bereichs der Platte und schließt die Fläche der Öffnung(en) nicht ein.
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Bleche mit einer Lösung mit Mg-enthaltendem Methylat oder Mg-enthaltendem Propylat oder Zr-enthaltendem Methylat oder Zr-enthaltendem Propylat oder Böhmit beschichtet, wobei diese Lösung sich während der Wärmebehandlung zu MgO bzw. ZrO₂ bzw. Al₂O₃ umwandelt.
Herkömmlich wird zumindest eine Seite eines Bands, aus dem die Bleche geformt werden, zumindest teilweise beschichtet. Die Beschichtung der Bleche mit einer keramikbildenden Schicht, aus der ein elektrisch isolierendes Material geformt wird, dient als Glühseperator und auch als elektrische Isolation zwischen benachbarten Blechen im Blechpaket.
Typischerweise wird das Band, aus dem mehrere Bleche geformt werden, mit der keramikbildenden Schicht beschichtet und die Bleche aus dem beschichteten Band geformt. In manchen Ausführungsbeispielen wird eine Seite des Bands vollständig beschichtet und in einem Ausführungsbeispiel werden die beide gegenüberliegenden Seiten des Bands beschichtet, beispielsweise mittels Tauchens.
In manchen Ausführungsbeispielen wird die keramikbildende Beschichtung mit einer Struktur, beispielweise einem Muster, auf einer oder beiden Seiten des Bands oder Blechs aufgebracht, wobei die restliche Oberfläche frei von der Beschichtung bleibt. Die Kanten der Bleche können ebenfalls eine Beschichtung aufweisen.
Die einzelnen Bleche können vollständig an einer oder beiden Seiten beschichtet werden oder eine oder beide Seiten der einzelnen Bleche können nur teilweise beschichtet werden.
In manchen Ausführungsbeispielen weist die Beschichtung eine Dicke d_s auf, wobei 0,001 µm ≤ d_s ≤ 1 µm, vorzugsweise, 0,01 µm ≤ d_s ≤ 0,5 µm, vorzugsweise 0,01 µm ≤ d_s ≤ 0,2 µm ist.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Bleche eine Dicke d_b auf, wobei 0,001 mm ≤ d_b < 0,35 mm, vorzugsweise, 0,01 mm ≤ d_b < 0,2 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,1 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,06 mm ist.
In manchen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner das Formen der Bleche aus einem Band auf. In manchen Ausführungsbeispielen werden die Bleche mittels Stanzen, Laserschneiden, Erodieren oder Ablängen aus dem Band geformt.
Die Bleche können Kanten mit Graten aufweisen, die möglichweise von der Oberfläche herausragen, beispielsweise aufgrund des Stanzwerkzeugs. In manchen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner das Umformen zumindest der Kanten und Graten der Bleche auf.
In manchen Ausführungsbeispielen werden die Kanten des Blechs durch Bürsten oder Walzen umgeformt. In manchen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner ein abrasives Behandeln zumindest der Kanten der Bleche auf. In manchen Ausführungsbeispielen werden die Kanten des Blechs durch einen Strahlprozess oder ein elektrochemisches Beizverfahren oder ein chemisches Beizverfahren abrasiv behandelt. Diese Verfahren dieser Ausführungsbeispiele haben das Ziel, die Blechkanten zu entgraten. Nach der Behandlung der Kanten werden die Bleche zu dem Stapel gestapelt.
In manchen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ferner eine Oxidationsglühung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei 300 °C bis 600 °C für 1 Minute bis 10 Stunden auf, die nach dem Wärmebehandeln durchgeführt wird. Diese Oxidationsglühung kann verwendet werden, um die Dicke der Isolationsschicht auf den Blechen zu vergrößern und die elektrische Isolation zwischen benachbarten Blechen des Blechpakets zu erhöhen.
Die CoFe-Legierung kann unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, beispielsweise

35 bis 55 Gewichts-% Co und bis zu 2,5 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder
45 Gewichts-% ≤ Co ≤ 52 Gewichts-%, 45 Gewichts-% ≤ Fe ≤ 52 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder
35 Gewichts-% ≤ Co ≤ 55 Gewichts-%, vorzugsweise 45 Gewichts-% ≤ Co ≤ 52 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 0,5 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder
35 Gewichts-% ≤ Co ≤ 55 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ (Ta + 2Nb) ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Zr ≤ 1,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ C ≤ 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Cr ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Mn ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Si ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Al ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ B ≤ 0,01 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder
5 bis 25 Gewichts-% Co, 0,3 bis 5,0 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, oder 47 Gewichts-% ≤ Co ≤ 50 Gewichts-%, 1 Gewichts-% ≤ V ≤ 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 0,2 Gewichts-%, 0,08 Gewichts-% ≤ Nb ≤ 0,12 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ C ≤ 0,007 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Mn ≤ 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Si ≤ 0,1 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Die Wärmebehandlungsbedingungen können abhängig von der Zusammensetzung der CoFe-Legierung ausgewählt werden. In manchen Ausführungsbeispielen wird der Stapel bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 960 °C, vorzugsweise 720 °C bis 960 °C, vorzugsweise 760 °C bis 960 °C unter einer Schutzatmosphäre oder unter Vakuum wärmebehandelt.
Der Stapel kann bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 960 °C, vorzugsweise 720 °C bis 960 °C, vorzugsweise 760 °C bis 960 °C für eine Gesamtzeit von 0,5 bis 10 Stunden unter einer Schutzatmosphäre oder unter Vakuum wärmebehandelt werden. In manchen Ausführungsbeispielen wird eine Haltezeit bei einer Temperatur, die zwischen 700 °C und 960 °C, vorzugsweise 720 °C bis 960 °C, vorzugsweise 760 °C bis 960 °C liegt, von 0,5 bis 10 Stunden verwendet.
In manchen Ausführungsbeispielen wird der Stapel für eine Gesamtzeit von 6 bis 10 Stunden bei einer Temperatur von 880°C wärmebehandelt.
Die Schutzatmosphäre kann Wasserstoff enthalten. Beispielweise kann reiner Wasserstoff, oder aber auch eine Wasserstoff-Argon-Mischung verwendet werden.
Bevorzugt wird reiner Wasserstoff. Die Schutzgasatmosphäre kann trocken sein. In manchen Ausführungsbeispielen weist die wasserstoffhaltige Atmosphäre einen Ausgangstaupunkt von weniger als -40 °C auf. Die Schutzatmosphäre kann reiner Stickstoff oder Stickstoff mit Beimischungen von Wasserstoff sein. In einem Ausführungsbeispiel wird die Wärmebehandlung unter Vakuum durchgeführt.
In manchen Ausführungsbeispielen werden nach dem Wärmebehandeln des Stapels die Bleche über eine Klebstoffschicht miteinander befestigt, um einen verklebten Stapel herzustellen. Danach wird ein Stator oder ein Rotor oder ein Teil eines Stators oder ein Teil eines Rotors aus dem verklebten Stapel geformt.
Der Stator oder der Rotor oder der Teil eines Stators oder der Teil eines Rotors kann mittels Erodierens aus dem verklebten Stapel geformt werden.
In manchen Ausführungsbeispielen werden nach dem Wärmebehandeln des Stapels Lamellen mit der Außenkontur einer Rotorlamelle oder Statorlamelle oder eines Teils einer Rotorlamelle oder eines Teils einer Statorlamelle aus den Blechen geformt und zu einem zweiten Stapel gestapelt. Die Lamellen des zweiten Stapels werden mittels einer oder mehreren Schweißnähten oder Schweißpunkten oder mittels Klebstoffs zu einem Blechpaket befestigt.
In manchen Ausführungsbeispielen wird der zweite Stapel nach dem Formen einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen und danach werden die Lamellen zum Blechpaket befestigt. Im zweiten Stapel sind somit die Lamellen während der zweiten Wärmebehandlung nicht miteinander verbunden und lose.
In manchen Ausführungsbeispielen weisen die jeweiligen Bleche bereits vor der Wärmebehandlung, d.h. der Schlussglühung, die Form von Lamellen auf, die eine Außenkontur einer Rotorlamelle oder Statorlamelle oder eines Teils einer Rotorlamelle oder eines Teils einer Statorlamelle haben. Der Teil einer Statorlamelle kann ein Statorring, ein Segment eines Statorrings, ein Statorzahn oder ein Segment eines Statorrings mit mehreren Statorzähnen sein.
Nach dem Wärmebehandeln des Stapels von Lamellen werden die Lamellen mittels einer oder mehreren Schweißnähten oder Schweißpunkten oder mittels Klebstoffs zu einem Blechpaket befestigt.
In manchen Ausführungsbeispielen weist das Verfahren das Herstellen der Bleche auf. Eine Schmelze aus der FeCo-Legierung wird bereitgestellt und unter Vakuum gegossen, um nach anschließendem Erstarren einen Gussblock zu formen. Der Gussblock wird zu der Bramme und die Bramme zu einem Warmwalzband warmgewalzt, gefolgt von einem Abschrecken des Bandes von einer Temperatur oberhalb 700 °C auf eine Temperatur kleiner 200 °C. Das abgeschreckte Warmwalzband wird dann zu einem kaltgewalzten Band mit einer Enddicke kaltgewalzt. Die Bleche werden aus dem kaltgewalzten Band mit der Enddicke geformt. Die Bleche weisen eine Kaltwalztextur auf.
Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt einen Aufbau nach einem Ausführungsbeispiel zur Wärmebehandlung von Blechen aus einer CoFe-Legierung.
2 zeigt einen Aufbau nach einem Ausführungsbeispiel zur Wärmebehandlung von Blechen aus einer CoFe-Legierung.
3 zeigt einen Aufbau nach einem Ausführungsbeispiel zur Wärmebehandlung von Blechen aus einer CoFe-Legierung.
4 zeigt einen Aufbau nach einem Ausführungsbeispiel zur Wärmebehandlung von Blechen aus einer CoFe-Legierung.

1 zeigt einen Aufbau 10 mit einer Vielzahl von Blechen 11 aus einer CoFe-Legierung, die jeweils eine Fläche f und eine Dicke d_b aufweisen, wobei 0,001 mm ≤ d_b < 0,35 mm, vorzugsweise, 0,01 mm ≤ d_b < 0,2 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,1 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,06 mm ist.
Die Bleche 11 sind aufeinandergestapelt und bilden somit einen Stapel 12 mit einer Fläche, die der Fläche der Bleche 11 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel haben die jeweiligen Bleche 11 eine quadratische oder rechteckige Außenkontur und können durch Ablängen eines Bands hergestellt werden.
Die Bleche 11 haben jeweils zwei gegenüberliegende Hauptoberflächen 11 a, 11b und die Hauptoberfläche 11b eines Blechs 11 wird auf die Hauptoberfläche 11a eines benachbarter Bleches 11 angeordnet, sodass die Hauptoberflächen 11 a, 11b der benachbarten Bleche 11, 11' im Stapel 12 aufeinanderliegen und in Kontakt sind. Der Stapel 12 von Blechen 11 ist auf einer Grundplatte 13 angeordnet.
Eine Platte 14 ist auf dem obersten Blech 11 des Stapels angeordnet. Die Platte 14 hat eine Dicke und eine Dichte, so dass diese Deckplatte 14 ein Gewicht G hat, die als Beschwerung des Stapels dient. Die Platte 14 hat eine Fläche F, die größer ist als die Fläche f der Bleche 11 und mittig auf dem Stapel 12 angeordnet ist, sodass die Fläche f des obersten Blechs 11 vollständig mit der Deckplatte 14 abgedeckt ist und sodass die Deckplatte 14 über die Randseiten des Stapels 12 herausragt. Die Dicke und Fläche bzw. Abmessungen der Platte 14 sowie die Dichte werden so ausgewählt, dass die Platte 14 ein Gewicht G hat und das Verhältnis vom Gewicht der Platte 14 zu der Fläche f des obersten Blechs 11, G/f, so ausgewählt wird, dass es 0,01 kPa bis 10 kPa beträgt. Dieser Druck von 0,01 kPa bis 10 kPa wird auf das oberste Blech des Stapels 12 ausgeübt. Der Druck auf die unteren Bleche des Stapels 12 wird zunehmend höher in Richtung der Grundplatte 13, da die Bleche 11 selbst ein Gewicht haben. Der Druck auf das oberste Blech des Stapels 12 kann zwischen 0,01 kPa bis 1 kPa oder 0,1 kPa bis 10 kPa liegen.
Beispielsweise kann die Platte 14 eine Dicke von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 20 mm bis 50 mm und eine Dichte von 3 g/cm³ bis 15 g/cm³ aufweisen. Die Platte 14 kann Eisen, Stahl, Edelstahl, hitzebeständiger Edelstahl, eine Superlegierung, eine CoFe-Legierung oder eine Keramik aufweisen. In manchen Ausführungsbeispielen weist der Stapel 12 ein Gewicht g auf und das Gewicht der Platte 14 G ist mindestens zwei Mal so hoch wie das Gewicht g des Stapels.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Beschwerung durch eine massive NCT3-Deckplatte (1.4841) mit einem Gewicht von 6,5 kg und Abmessungen von 270 mm x 150 mm x 20mm bereitgestellt. Das Eigengewicht der Blechstapel kann je nach Stapelhöhe 1,7 kg (50 Bleche) bzw. 3,4 kg (100 Bleche) betragen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Beschwerung durch zumindest zwei Platten bereitgestellt, die aufeinandergestapelt sind und ein Gesamtgewicht G aufweisen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine solche 20 mm dicke Platte zusätzlich beschwert werden, indem auf die Platte Gewichte aus geeigneten Materialien, wie man sie für die Platte selbst verwenden kann, in unbestimmten Geometrien legt.
Die Gesamthöhe h der gestapelten Bleche 11 ergibt sich aus den jeweiligen Dicken der Bleche 11 und den sich dazwischen ergebenden Spalten 15. Diese Spalte 15 resultieren zum einen aus der schwankenden Banddicke innerhalb eines Blechs 11 und zum anderen aus einer zusätzlich aufgebrachten Beschichtung 16 oder einem Glühseparator. Die Bleche 11 sind somit nicht miteinander befestigt.
Dieser Aufbau 10 mit den gestapelten Blechen 12 und dem Gewicht der Deckplatte 14 wird wärmebehandelt, wie in 1 mit den Pfeilen 17 schematisch dargestellt ist, um die magnetischen und mechanischen Eigenschaften der weichmagnetischen Legierung der Bleche 11 einzustellen bzw. zu optimieren. Diese Wärmebehandlung ist auch als Schlussglühung bekannt. Die Bedingungen der Wärmebehandlung sind von der Zusammensetzung der weichmagnetischen Legierung abhängig. In manchen Ausführungsbeispielen ist die weichmagnetische Legierung eine CoFe-Legierung mit 5 bis 55 Gew-% Co.
In einem Ausführungsbeispiel weist die CoFe-Legierung 35 bis 55 Gewichts-% Co und bis zu 2,5 Gewichts.-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, beispielsweise 49 Gewichts--% Fe, 49 Gewichts-% Co und 2 Gewichts-% V sowie Zusätze von bis zu 0,5 Gewichts-% Nb auf. Für diese Legierung kann der Aufbau 10 bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 960 °C, vorzugsweise 720 °C bis 960 °C, vorzugsweise 760 °C bis 960 °C für 0,5 bis 10 Stunden unter einer Schutzatmosphäre wärmebehandelt werden. Plane Bleche 11 sind nach der magnetischen Schlussglühung bereitgestellt, die zu einem Blechpaket weiterbearbeitet und befestigt werden.
Die Bleche 11 können Sheets (Blechtafeln), wie in 1 dargestellt ist, oder auch Stator- bzw. Rotorlamellen sein. Weitere Lamellenformen außerhalb der E-Motoren- bzw. Generatorenanwendung sind ebenso möglich, z.B. Lamellen für Transformatoren, Linearmotoren, Aktoren oder weichmagnetische Flussleitstücke.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus 10' nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei diesem Aufbau 10' werden mehrere Stapel 12, 12' gleichzeitig wärmebehandelt. Ein erster Stapel 12 hat die Form eines Statorrings 20 und zumindest ein weiterer der Stapel 12' hat die Form eines Statorzahns 19. Eine Platte 14 als Gewicht wird auf die mehreren Stapel 12, 12' aufgebracht und der Aufbau 10", während sich die Platte 14 auf den mehreren Stapeln 12, 12' befindet, wärm behandelt.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stapels 12, bei dem die jeweiligen Bleche 11 die Form einer Statorlamelle aufweisen, so dass der Stapel 12 die Form eines Stators 18 hat. Der Stator 18 hat mehrere Statorzähne 19, die sich von einem äußeren Statorring 20 in axialer Richtung zu der Längsachse 21 des Stators erstrecken.
3B zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus 10" nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem der Stapel 12 der 3A zwischen einer Grundplatte 13 und eine Deckplatte angeordnet ist. Die Deckplatte 14 ist schiebenförmig bzw. kreisförmig und hat einen Durchmesser, der etwas größer ist als die Außendurchmesser des Statorrings 20. Die Platte 14 wird als Gewicht auf den Stapel 12 aufgebracht und der gesamte Aufbau 10", während sich die Platte 14 auf dem Stapel 12 befindet, wärmbehandelt. Die Deckplatte 14 hat ein Gewicht G hat und das Verhältnis vom Gewicht der Platte 14 zu der Fläche f des obersten Blechs 11, G/f, wird so ausgewählt, dass ein Druck von 0,01 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise 0,01 kPa bis 1 kPa, vorzugsweise 0,1 kPa bis 10 kPa auf das oberste Blech 11 des Stapels 12 ausgeübt wird.
4 zeigt einen Aufbau 10''' nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die jeweiligen Blechen 11 die Form eines Stators 18 mit einem Statorring 20 und Statorzähnen 19, wie in der 3A dargestellt ist. Der Stapel 12 aus diesen Blechen 11 wird zwischen einer Grundplatte 13 und einer Deckplatte 14 angeordnet, um den Aufbau 10''' bereitzustellen. Dieser Aufbau 10''' wird kann wärmebehandelt, während sich die Deckplatte 14 auf dem Stapel 12 befindet.
Dieser Aufbau 10''' unterschiedet sich vom Aufbau 10'' der 3B, in dem die Deckplatte 4 ringförmig ist und hat somit eine Öffnung 22, die oberhalb der Längsachse 21 des Stators 18 angeordnet ist. Die Öffnung 22 ist kreisförmig und hat einen Durchmesser, der kleiner ist als die Innendurchmesser der Statorlammellen. Die Öffnung 22 ist somit nicht oberhalb der Blechen 11 angeordnet, sondern oberhalb eines leeren Volumens der Statorform. Das Gas, beispielsweise Wasserstoff der Schutzatmosphäre, die während der Wärmebehandlung verwendet wird, kann durch diese Öffnung 22 strömen und somit besser in Kontakt mit den Hauptoberflächen 11a, 11b der gestapelten Blechen 11 kommen. Die Deckplatte 14 hat ein Gewicht G hat und das Verhältnis vom Gewicht der Platte 14 zu der Fläche f des obersten Blechs 11, G/f, wird so ausgewählt, dass ein Druck von 0,01 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise 0,01 kPa bis 1 kPa, vorzugsweise 0,1 kPa bis 10 kPa auf das oberste Blech des Stapels 12 ausgeübt wird. Weitere Öffnungen können auch in der Deckplatte 14 angeordnet werden, die beispielsweise so angeordnet sind, dass sie zwischen benachbarten Statorzähne 18 im Aufbau 10''' angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel der 4 weist die Grundplatte 13 ebenfalls eine kreisförmige Öffnung 23 auf und ist ringförmig. Der geschlossene Bereich des ringförmigen Grundplatte 13 ist unterhalb der Bleche 11 angeordnet, so dass der Druck von der ringförmigen Deckplatte 14 über den Stapel 12 auf die konzentrisch angeordnete ringförmige Grundplatte 13 ausgeübt wird. Weitere Öffnungen können auch in der Grundplatte 13 angeordnet werden, die beispielsweise so angeordnet sind, dass sie zwischen benachbarten Statorzähne 18 im Aufbau 10''' angeordnet sind.
Die Außenkontur der Deckplatte 14 und/oder Grundplatte 13 kann unterschiedlich zu der Außenkontur des Stapels 12 sein. Beispielsweise kann die Deckplatte 14 und/oder eine Grundplatte 13 mit einer quadratische Außenkontur beim Aufbau 10''' der 4 verwendet werden. Die Öffnungen 22, 23 kann dabei kreisförmig oder quadratisch sein.
Eine oder mehrere Öffnungen können in der Deckplatte der bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, wobei die Öffnungen nicht oberhalb der Bleche angeordnet sind, sondern neben den Belchen. Somit wird der Stapel von Blechen vollständig vom Material der Deckplatte abgedeckt. Eine oder mehrere Öffnungen können in der Grundplatte der bei anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, wobei die Öffnungen nicht unterhalb der Bleche angeordnet sind, sondern neben den Blechen.
Typischerweise weisen die Bleche 11 eine keramikbildende Beschichtung 16 auf, die während der Wärmebehandlung als Glühseparator dient und das Verschweißen der metallischen Bleche 11 untereinander während der Glühung verhindert. Damit die einzelnen Bleche 11 während der magnetischen Schlussglühung, die bei Temperaturen zwischen 700 und 960 °C stattfindet, durch thermische Diffusion nicht verschweißen, werden die Bleche 11 zuvor beschichtet. Gleichzeitig dient diese Beschichtung 16 auch der elektrischen Isolierung der Bleche untereinander im fertigen Blechpaket, um Wirbelströme bzw. Wirbelstromverluste zu reduzieren.
Dazu eignen sich Beschichtungen auf keramischer Basis aus zum Beispiel DL1 oder HITCOAT, die als Methylat bzw. Propylat auf das Band aufgebracht werden und sich während der Glühung thermisch aktiviert zu MgO bzw. ZrO₂ umwandeln, wie zum Beispiel in der EP 1 482 072 offenbart ist. Diese Beschichtungen weisen geringe Dicken im Bereich von typischerweise bis zu 1 µm auf und erlauben damit einen hohen Füllfaktor der Bleche in der Anwendung. Alternativ kann zum Beispiel eine Beschichtung auf Grundlage von Böhmit verwendet werden, die nach der Glühung als Al₂O₃ vorhanden ist. Diese Beschichtungen können auch höhere Dicken im Bereich von 1 bis 5 µm aufweisen und somit eine noch bessere Trennung gewährleisten.
Typischerweise wird ein Band aus der weichmagnetischen Legierung beschichtet und danach die Bleche 11 aus dem beschichteten Band geformt. Die Beschichtung kann vollständig flächig auf das Band aufgebracht oder das Band nur teilweise beschichtet werden. Die Bänder können zum Beispiel nur einseitig beschichtet sein oder eine oder beide Seiten des Bands können nur zu einem gewissen Anteil mit der keramischen Beschichtung ausgestattet sein. Die keramische Beschichtung sollte eine ausreichende Trennung der metallischen Bleche bewirken, um ein Verschweißen während der Glühung zu vermeiden. Die aus dem Band gefertigten Bleche 11 können jeweils vollständig oder nur teilweise beschichtet sein. In manchen Ausführungsbeispielen sind beide Seiten der Bleche 11 nur teilweise beschichtet, so dass ein Anteil der gegenüberliegenden Hauptoberflächen unbeschichtet bleibt.
Wenn die Bleche aus dem Band geformt werden, können Grate an den Kanten entstehen. An diesen Graten kann es während der Schlussglühung zu Verschweißungen kommen. Je spitzer bzw. je schärfer und abstehender ein Grat ist, desto größer ist die Neigung zu Verschweißungen. Abstehende Grate, die im Stapel die Nachbarbleche berühren, neigen zu starken Verschweißungen während der magnetischen Schlussglühung. Unter hohen Temperaturen zwischen 720 und 960 °C treten durch Diffusion die Atome in die Nachbarbleche ein und bilden eine stoffschlüssige Verbindung. Diese Verschweißungen können nach der Glühung fallweise wieder mechanisch gelöst werden, wobei es insbesondere bei dünnen Blechen (d <= 0,35 mm) zu Schädigungen der Blechgeometrie (Knicke, Beulen, etc.) und der weichmagnetischen Eigenschaften kommen kann.
Bänder werden meist zu einem Coil aufgewickelt. Um die passende Bandbreite zu erhalten und die Defekte am Bandrand zu besäumen, werden die Bänder längs geschnitten. Dabei entsteht ein Schneidgrat. Auch hier müssen die Scheren einen möglichst kleinen Spalt aufweisen und sorgfältig geschliffen sein, damit sich nur ein möglichst kleiner Schneidgrat ausbildet. Sofern es wirtschaftlich sinnvoll ist, werden die Bänder erst auf Breite geschnitten und dann beschichtet.
Oft werden aus dem Band Blechtafeln abgelängt, wodurch bei diesem Schneideprozess Grate erzeugt werden können. Grate können auch bei der Formgebung der Bleche entstehen. Beim Stanzen lässt sich ein Stanzgrat kaum vermeiden. Durch angepasste Schnittspalte und geschliffene Werkzeuge kann der Stanzgrat minimiert werden.
Folglich können weiteren Prozesse durchgeführt werden, um Grate zu reduzieren, wenn deren Formation nicht vermieden werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Kanten der Bleche bearbeitet, um Grate zu reduzieren oder entfernen. In einem Ausführungsbeispiel werden zumindest die Kanten der Bleche durch einen Bürstprozess behandelt, um die Neigung zur Verschweißung der Blechlagen untereinander zu verringern. Die Grate werden meist nur umgelegt/umgebogen, damit sie die Nachbarbleche nicht mehr berühren können, oder durch einen Walzprozess, wo die Grate so gedrückt werden, dass sie weniger spitz (scharf) sind und möglichst um 90° zur Blechnormalen gebogen werden. Beim Bürsten wird darauf geachtet, dass dabei die Beschichtung nicht entfernt wird. Alternativ kann die Blechtafel zuerst gebürstet und dann beschichtet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden abrasive Prozesse verwendet, durch die Grate weitestgehend vollständig entfernt werden, um die Neigung zur Verschweißung zu verringern. Dies kann durch ein Schleifen der Kanten erfolgen. In gleicher Weise sind auch (Sand-) Strahlprozesse denkbar oder ein (elektro-) chemisches Beizverfahren.
Eine Nachbearbeitung von Blechtafeln oder Blechen kann durchgeführt werden, wenn die Höhe der Schneidgrate größer ist als die Dicke der aufgebrachten Beschichtung.
Die Beschwerung des Blechstapels 12 durch die plane Platte 14 erhöht deutlich den Druck auf die Einzellamellen. Dies begünstigt das Verschweißen der benachbarten Lamellen untereinander während der magnetischen Schlussglühung. Um die Neigung zu Verschweißungen zu reduzieren, kann gegebenenfalls die Temperatur der magnetischen Schlussglühung abgesenkt werden. Eine niedrige Temperatur kann zu einer Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaften, jedoch gleichzeitig zu einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit führen, was bei manchen Anwendungen akzeptabel oder vorteilhaft ist. Eine weitere Maßnahme, die Verschweißungen zu reduzieren, ist, den Druck im Blechstapel zu senken, indem das Gewicht der Platte und/oder die Höhe es Stapels verkleinert werden. Auch eine Erhöhung des Taupunkts in der Glühatmosphäre senkt die Verschweißungsneigung.
Nach der Schlussglühung kann das beschichtete oder unbeschichtete Blech oxidiert werden, um eine (zusätzliche) elektrische Isolation an der der Blechoberfläche zu erzeugen. Hierbei sollen Bleche aus FeCo während des Oxidationsprozesses bevorzugt hängend der Oxidationswärmebehandlung zugeführt werden. Eine Oxidationsbehandlung kann durch eine Glühung an Luft bei 300 °C bis 600 °C für 1 min bis 10 h erfolgen.
Bei FeCo-Legierungen mit einem Co-Gehalt von unter 30 Gew.-% kann aufgrund des höheren Eisengehalts der Legierung eine Oxidation der schlussgeglühten Bleche direkt im Stapel verwendet werden. In diesem Fall werden die Bleche nicht aufgehängt, um eine möglichst gleichmäßige Bespülung während der Oxidation mit Sauerstoff sicherzustellen, sondern die Bleche können im Blechstapel verweilen. Die bei der Schlussglühung notwendige Deckplatte zur Einstellung einer ausreichend guten Planheit ist bei den bei einer Oxidation geringeren Temperaturen nicht unbedingt notwendig.
Die oben beschriebenen Verfahrensschritte können in verschiedenen Reihenfolgen durchgeführt werden. Die folgenden Ausführungsbeispiele geben lediglich die Reihenfolge der Schritte wieder. Die einzelnen Schritte können mit einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele durchgeführt werden. Beispielsweise wird MgO nur stellverstretend für die Beschichtung angegeben und kann durch zum Beispiel Böhmit oder ZrO₂ ersetzt werden.
Ausführungsbeispiele

1. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Blech zu eine Blechstapel verkleben → Blechstapel formen (zum Beispiel erodieren).
2. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → (Bleche lochen) → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Bleche (an den Löchern) aufhängen und oxidieren → Blech zu eine Blechstapel verkleben → Lamellen formen (zum Beispiel erodieren).
3. Band beschichten mit MgO (oder Ähnlichem) → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → Lamellen zu einem Blechpaket verkleben.
4. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → Lamellen aufhängen und oxidieren → Lamellen zu einem Blechpaket verkleben.
5. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → 2. Magnetische Schlussglühung, um die Schädigung durch die Formgebung zu beseitigen → Lamellen zu einem Blechpaket verkleben.
6. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → 2. Magnetische Schlussglühung, um die Schädigung durch die Formgebung zu beseitigen → Lamellen aufhängen und oxidieren → Lamellen zu einem Blechpaket verkleben.
7. Band beschichten mit MgO → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → Lamellen stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen zum Paket verkleben oder am Rücken über eine Schweißnaht zusammenschweißen.
8. Band beschichten mit MgO → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → Lamellen stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen oxidieren → Lamellen zum Paket verkleben oder am Rücken schweißen.
9. Band beschichten mit MgO → Bleche ablängen → stapeln → beschweren mit Platte → magnetisch Schlussglühen → Lamellen stanzen, lasern, erodieren oder anderweitig formen → Lamellen zu einem Blechpaket schweißen mittels Punktschweißen der einzelnen Lamellen oder über eine Schweißnaht in axialer Richtung parallel zur Längsachse 21 am Rücken des Stapels 12 → 2. Magnetische Schlussglühung des nun geschweißten Blechpakets, um die Schädigung durch die Formgebung und des Schweißens zu beseitigen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017047829 A1 [0006]
EP 1833145 A2 [0006]
EP 1482072 [0070]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Blechs aus einer weichmagnetischen Legierung für ein Blechpaket, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Vielzahl von Blechen aus einer CoFe-Legierung, die jeweils eine Fläche f aufweisen und zumindest teilweise mit einer keramikbildenden Schicht beschichtet sind, Stapeln der Bleche aufeinander zu einem Stapel, Beschweren des Stapels durch das Anordnen eines zusätzlichen Gewichts auf einem obersten Blech des Stapels, wobei das Gewicht ausschließlich durch zumindest eine Platte mit einer Dicke und einer Dichte bereitgestellt wird, wobei die zumindest eine Platte ein Gewicht G hat, sodass das Verhältnis G/f 0,01 kPa bis 10 kPa, vorzugsweise 0,01 kPa bis 1 kPa, vorzugsweise 0,1 kPa bis 10 kPa beträgt, Wärmebehandeln des Stapels, während das Gewicht auf dem obersten Blech des Stapels angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Dicke von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 20 mm bis 50 mm und eine Dichte von 3 g/cm³ bis 15 g/cm³ aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Platte Eisen, Stahl, Edelstahl, hitzebeständigen Edelstahl, eine Superlegierung, eine CoFe-Legierung oder eine Keramik aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stapel ein Gewicht g aufweist und G ≥ g.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte eine Außenkontur aufweist, die die gleiche Form wie die Außenkontur der jeweiligen Bleche hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte eine Fläche F aufweist, die gleich oder größer als die Fläche f der jeweiligen Bleche ist, wobei die Platte die Fläche f der Bleche während des Wärmebehandelns vollständig abdeckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche mit einer Lösung mit Mg-enthaltendem Methylat oder Mg-enthaltendem Propylat oder Zr-enthaltendem Methylat oder Zr-enthaltendem Propylat oder Böhmit beschichtet werden, die sich während der Wärmebehandlung zu MgO bzw. ZrO₂ bzw. Al₂O₃ umwandeln.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung eine Dicke d_s aufweist, wobei 0,001 µm ≤ d_s ≤ 1 µm, vorzugsweise, 0,01 µm ≤ d_s ≤ 0,5 µm, vorzugsweise 0,01 µm ≤ d_s ≤ 0,2 µm ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bleche eine Dicke d_b aufweisen, wobei 0,001 mm ≤ d_b < 0,35 mm, vorzugsweise, 0,01 mm ≤ d_b < 0,2 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,1 mm, vorzugsweise 0,03 mm ≤ d_b < 0,06 mm ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Formen der Bleche aus einem Band und danach Umformen zumindest der Kanten der Bleche.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Kanten des Blechs durch Bürsten oder Walzen umgeformt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: Formen der Bleche aus einem Band und danach abrasives Behandeln zumindest der Kanten der Bleche.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kanten des Blechs durch einen Strahlprozess oder ein elektrochemisches Beizverfahren oder ein chemisches Beizverfahren abrasiv behandelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Bleche mittels Stanzen, Laserschneiden, Erodieren oder Ablängen aus dem Band geformt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend, dass nach dem Wärmebehandeln eine Oxidationsglühung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei 300°C bis 600°C für 1 Minute bis 10 Stunden durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die CoFe-Legierung 35 bis 55 Gewichts-% Co und bis zu 2,5 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 45 Gewichts-% ≤ Co ≤ 52 Gewichts-%, 45 Gewichts-% ≤ Fe ≤ 52 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 35 Gewichts-% ≤ Co ≤ 55 Gewichts-%, vorzugsweise 45 Gewichts-% ≤ Co ≤ 52 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 0,5 Gewichts-%, 0,5 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 35 Gewichts-% ≤ Co ≤ 55 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ V ≤ 2,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ (Ta + 2Nb) ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Zr ≤ 1,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ C ≤ 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Cr ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Mn ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Si ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Al ≤ 1 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ B ≤ 0,01 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 5 bis 25 Gewichts-% Co, 0,3 bis 5,0 Gewichts-% V, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, oder 47 Gewichts-% ≤ Co ≤ 50 Gewichts-%, 1 Gewichts-% ≤ V ≤ 3 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Ni ≤ 0,2 Gewichts-%, 0,08 Gewichts-% ≤ Nb ≤ 0,12 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ C ≤ 0,007 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Mn ≤ 0,5 Gewichts-%, 0 Gewichts-% ≤ Si ≤ 0,1 Gewichts-%, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stapel bei einer Temperatur zwischen 700°C und 960°C, vorzugsweise 720°C bis 960°C, vorzugsweise 760°C bis 960°C unter einer Schutzatmosphäre oder unter Vakuum wärmebehandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stapel für eine Haltezeit von 0,5 bis 10 Stunden unter einer Schutzatmosphäre oder unter Vakuum wärmebehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei die Schutzatmosphäre Wasserstoff enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweiligen Bleche eine rechteckige oder quadratische Außenkontur oder eine ringförmige Kontur haben und die Plattenstruktur die gleichen Außenkontur bzw. Kontur hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei nach dem Wärmebehandeln des Stapels die Bleche über eine Klebstoffschicht miteinander befestigt werden, um einen verklebten Stapel herzustellen und danach ein Stator oder ein Rotor oder ein Teil eines Stators oder ein Teil eines Rotors aus dem verklebten Stapel geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Teil mittels Erodieren aus dem verklebten Stapel geformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei nach dem Wärmebehandeln des Stapels Lamellen mit der Außenkontur einer Rotorlamelle oder Statorlamelle oder eines Teils einer Rotorlamelle oder eines Teils einer Statorlamelle aus den Blechen geformt werden und zu einem zweiten Stapel gestapelt und die Lamellen des zweiten Stapels mittels einer oder mehrere Schweißnähte oder Schweißpunkte oder mittels Klebstoffs zu einem Blechpaket befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei nach dem Formen der Lamellen aus den Blechen der zweite Stapel einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen wird und danach die Lamellen zum Blechpaket befestigt werden, oder nach dem Formen der Lamellen aus den Blechen die Lamellen zu einem Blechpaket verschweißt werden und das Blechpaket einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die jeweiligen Bleche die Form einer Lamelle haben, die eine Außenkontur einer Rotorlamelle oder Statorlamelle oder eines Teils einer Rotorlamelle oder eines Teils einer Statorlamelle haben.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei nach dem Wärmebehandeln des Stapels die Lamellen mittels einer oder mehrere Schweißnähte oder mittels Klebstoffs zu einem Blechpaket befestigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Bereitstellen einer Schmelze aus der FeCo-Legierung, Gießen der Schmelze unter Vakuum, um nach anschließendem Erstarren einen Gussblock zu formen, Warmwalzen des Gussblocks zu der Bramme, Warmwalzen der Bramme zu einem Warmwalzband, gefolgt vom Abschrecken des Bandes von einer Temperatur oberhalb 700°C auf eine Temperatur kleiner 200 °C, Kaltwalzen des Warmwalzbandes zu einem kaltgewalzten Band, Formen der Bleche aus dem kaltgewalzten Band.