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Die Erfindung betrifft eine Polabdeckung zur Aufnahme und Führung einer Wicklung am Rotor eines Elektromotors, umfassend mehrere Segmente, welche sich in radialer Richtung zu einer Mittelachse der Polabdeckung erstrecken, wobei die Segmente zur Aufnahme eines Teilbereichs der Wicklung des Elektromotors vorgesehen sind, wobei jedes der Segmente einen Wicklungsbereich zur Aufnahme der Wicklung und einen Segmentverbindungsbereich zur Verbindung mit anderen Segmenten aufweist, wobei der Wicklungsbereich und der Segmentverbindungsbereich aneinander angrenzen und der Segmentverbindungsbereich näher an der Mittelachse angeordnet ist als der Wicklungsbereich. Die Segmentverbindungsbereiche erstrecken sich zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung um die Mittelachse und jeder Segmentverbindungsbereich steht in Umfangsrichtung um die Mittelachse über den daran angrenzenden Wicklungsbereich vor. Es sind weiterhin mehrere Entkopplungsbereiche vorgesehen, welche in Umfangsrichtung um die Mittelachse jeweils zwischen zwei Segmentverbindungsbereichen angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor mit einer Polabdeckung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Polabdeckung.
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Polabdeckungen dienen bei Statoren oder Rotoren von elektrischen Motoren der Aufnahme von Wicklungen auf ferromagnetischen Kernen. Solche Polabdeckungen stützen die Wicklung ab und verhindern, dass diese sich, verursacht durch Fliehkräfte oder sonstige auf die Wicklungen wirkende Kräfte, in ihrer Position verschieben. Oftmals ist ein Teil dieser Polabdeckungen zwischen einem ferromagnetischen Kern und der Wicklung, welche meist durch einen isolierten Draht gebildet ist, angeordnet. Darüber hinaus weisen Polabdeckungen meist an ihren äußeren Enden einen über die Wicklung vorstehenden Bereich auf, welcher formschlüssig verhindert, dass sich die Wicklung, verursacht durch Fliehkräfte, in radialer Richtung weg von der Drehachse des Motors bewegt. Polabdeckungen von Rotoren werden beim Betrieb des elektrischen Motors somit statisch und dynamisch belastet. Üblicherweise weisen Statoren und Rotoren mehrere in Umfangsrichtung verteilte magnetische Kerne oder Pole auf, auf denen jeweils eine Wicklung aufgebracht ist. Dementsprechend umfassen Polabdeckungen mehrere Segmente, welche bei der Montage jeweils mit einem ferromagnetischen Kern verbunden und anschließend mit einer Wicklung versehen werden. Dementsprechend sind bekannte Polabdeckungen so aufgebaut, dass sie sich über mehrere Segmente erstrecken, welche miteinander ringförmig bzw. sternförmig verbunden sind. Geeignete Werkstoffe für Polabdeckungen sind Kunststoffe, insbesondere Duroplaste. Duroplaste sind hitzebeständig, was vorteilhaft beim Einsatz im Inneren eines Elektromotors ist. Darüber hinaus weisen Duroplaste eine hohe Druckfestigkeit auf, wodurch eine aus einem Duroplast gefertigte Polabdeckung auf die Wicklung wirkende Fliehkräfte zuverlässig abstützen kann. Nachteilig an Duroplasten ist, dass diese nur relativ geringe Zug- und Biegebelastungen aufnehmen können. Duroplaste sind im Allgemeinen spröde und weisen lediglich eine geringe Bruchdehnung auf. Zwischen den einzelnen Segmenten einer Polabdeckung wirken beim Betrieb eines Rotors in einem Elektromotor jedoch Zug- und Biegebelastungen auf den Werkstoff einer Polabdeckung. Um einen Bruch der Polabdeckung in diesem Bereich im dynamischen Betrieb zu vermeiden, weisen bekannte Polabdeckungen zwischen deren einzelnen Segmenten federnd wirkende Bereiche auf, welche als Spannungsentlastung dienen. In diesen federnd wirkenden Bereichen ist die Wandstärke stark reduziert und gleichzeitig durch die Formgebung dieser Bereiche eine Aufnahme von Spannungen begünstigt. Die federnden Bereiche werden beispielsweise U-förmig mit einer geringen Wandstärke ausgeführt, so dass eine elastischen Verformung dieser Bereiche möglich ist, wobei nur niedrige Zugspannungen im Werkstoff auftreten. Nachteilig an diesen federnden Bereichen zwischen den Segmenten einer Polabdeckung ist, dass diese relativ viel Bauraum beanspruchen, welcher im Inneren eines Elektromotors oft nicht vorhanden ist. Darüber hinaus ist eine Polabdeckung mit solchen federnden Bereichen bei der Montage empfindlich und wenig form- und maßhaltig. Bei der Montage einer solchen Polabdeckung auf Kerne eines Rotors kann die Polabdeckung somit leicht beschädigt werden oder versehentlich nicht richtig zu den übrigen Bauteilen positioniert werden.
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WO2014098625A1 beschreibt einen Elektromotor, der als Antrieb für einen Ventilator vorgesehen ist. Der Stator dieses Elektromotors weist ein isolierendes Bauteil auf, welches zum einen als Polabdeckung für die Wicklungen des Stators und zum anderen als Aufnahme der Lagerung für den Rotor dient. Dieses isolierende Bauteil kann aus verschiedenen Kunststoffen hergestellt sein.
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In
WO2020020551A1 wird eine Komponente zur Führung und Stützung von Wicklungen des Rotors eines elektrischen Synchronmotors beschrieben. Diese Komponente weist eine innen angeordnete, metallische Grundstruktur auf, welche von einer aus Kunststoff bestehenden Polabdeckung umgeben ist. Die Polabdeckung wird durch Umspritzen der metallischen Grundstruktur aufgebracht.
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CN201846144U beschreibt einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, bei dem eine isolierende Schicht zwischen einem Metallkern und den Wicklungen angeordnet ist. Diese isolierende Schicht kann aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Lösungen vorzuschlagen, mit denen die mechanische Belastbarkeit und die Formstabilität einer Polabdeckung verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Polabdeckung zur Aufnahme und Führung einer Wicklung am Rotor eines Elektromotors, umfassend mehrere Segmente, welche sich in radialer Richtung zu einer Mittelachse der Polabdeckung erstrecken, wobei die Segmente zur Aufnahme eines Teilbereichs der Wicklung des Elektromotors vorgesehen sind, wobei jedes der Segmente einen Wicklungsbereich zur Aufnahme der Wicklung und einen Segmentverbindungsbereich zur Verbindung mit anderen Segmenten aufweist, wobei der Wicklungsbereich und der Segmentverbindungsbereich aneinander angrenzen und der Segmentverbindungsbereich näher an der Mittelachse angeordnet ist als der Wicklungsbereich,
wobei die Segmentverbindungsbereiche sich zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung um die Mittelachse erstrecken und jeder Segmentverbindungsbereich in Umfangsrichtung um die Mittelachse über den daran angrenzenden Wicklungsbereich vorsteht und
mehrere Entkopplungsbereiche vorgesehen sind, welche in Umfangsrichtung um die Mittelachse jeweils zwischen zwei Segmentverbindungsbereichen angeordnet sind und jeder Entkopplungsbereich mit den angrenzenden Segmentverbindungsbereichen oder mit anderen Entkopplungsbereichen verbunden ist,
wobei die Segmente aus einem ersten Kunststoffwerkstoff und die Entkoppelungsbereiche aus einem zweiten Kunststoffwerkstoff bestehen und sich der erste Kunststoffwerkstoff vom zweiten Kunststoffwerkstoff unterscheidet.
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Die erfindungsgemäße Polabdeckung umfasst mehrere Segmente, welche sich in radialer Richtung zu einer Mittelachse erstrecken. Diese Mittelachse der Polabdeckung ist im montierten Zustand deckungsgleich mit der Rotationsachse eines Elektromotors. Jedes der Segmente ist dazu vorgesehen, einen Teilbereich der Wicklung des Elektromotors aufzunehmen. Jedes Segment umfasst zumindest zwei Teilbereiche, welche miteinander verbunden sind. Der Wicklungsbereich ist zur Aufnahme der Wicklung vorgesehen und in radialer Richtung zur Mittelachse außerhalb zu einem Segmentverbindungsbereich angeordnet. Der Wicklungsbereich grenzt an den Segmentverbindungsbereich an. Bevorzugt wird ein Segment in einem gemeinsamen Arbeitsgang hergestellt und umfasst einen Wicklungsbereich und einen Segmentverbindungsbereich in einem gemeinsamen Bauteil. Der Segmentverbindungsbereich dient der Verbindung eines Segmentes mit einem in Umfangsrichtung zur Mittelachse benachbarten Segment. Jeder Segmentverbindungsbereich steht in Umfangsrichtung um die Mittelachse zumindest auf einer Seite über den daran angrenzenden Wicklungsbereich vor.
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Erfindungsgemäß sind zwischen den Segmentverbindungsbereichen mehrere Entkopplungsbereiche angeordnet. Diese Entkopplungsbereiche sind dazu vorgesehen, im Betriebszustand, wenn die Polabdeckung in einem Elektromotor eingebaut ist, mechanische Spannungen zwischen den Segmenten aufzunehmen. Erfindungsgemäß bestehen die Entkopplungsbereiche aus einem zu den Segmenten unterschiedlichen Werkstoff. Die Segmente bestehen aus einem ersten Kunststoffwerkstoff und die Entkopplungsbereiche bestehen aus einem zweiten Kunststoffwerkstoff, wobei sich der erste Kunststoffwerkstoff vom zweiten Kunststoffwerkstoff unterscheidet. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, für die Segmente einen Kunststoffwerkstoff mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu dem Kunststoffwerkstoff zu verwenden, aus welchem die Entkopplungsbereiche bestehen. An die Segmente bestehen bei einer Polabdeckung für einen Rotor die Anforderungen, dass diese möglichst formstabil sein sollen und bei dynamischer Belastung eine möglichst geringe elastische Verformung aufweisen sollen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die auf der Polabdeckung aufgebrachte Wicklung des Elektromotors genau in der gewünschten Position gehalten wird. Um diese Anforderungen zu erfüllen, kann der erste Kunststoffwerkstoff durch einen formstabilen Kunststoffwerkstoff mit geringer elastischer Verformung bei Belastung gebildet sein. Zwischen den Segmenten treten im Betrieb eines Elektromotors jedoch mechanische Spannungen auf, welche die Polabdeckung beschädigen können. Erfindungsgemäß ist jeweils zwischen zwei benachbarten Segmentverbindungsbereichen ein Entkopplungselement aus einem anderen Werkstoff angeordnet, welches diese Spannungen aufnimmt und kompensiert. Zur Aufnahme von mechanischen Spannungen sind Kunststoffe mit einer größeren elastischen Verformung bei Belastung geeignet. Diese Anforderung kann dadurch erfüllt werden, dass der zweite Kunststoffwerkstoff, aus dem die Entkopplungsbereiche bestehen, durch einen Kunststoffwerkstoff mit geringerer Formstabilität gebildet ist. Durch die Herstellung der Elemente aus unterschiedlichen Kunststoffwerkstoffen wird bei der erfindungsgemäßen Polabdeckung eine Funktionstrennung erreicht. Die Segmente sind formstabil und führen dadurch sicher die Wicklungen am Rotor. Die zwischen den Segmentverbindungsbereichen angeordneten Entkopplungsbereiche dagegen sind beim Auftreten von mechanischen Spannungen verformbar und kompensieren dadurch Spannungen, welche im Betrieb des Elektromotors zu Beschädigungen zwischen den Segmenten führen könnten. Dabei können die Entkopplungsbereiche unter Beanspruchung von nur geringem Bauraum zwischen den Segmentverbindungsbereichen angeordnet und somit platzsparend in die Polabdeckung integriert werden. Das aufwändige Gestalten von federnden Bereichen zwischen den Segmenten, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, entfällt somit bei der erfindungsgemäßen Polabdeckung. Im nicht montierten Zustand ist die erfindungsgemäße Polabdeckung mit Entkopplungsbereichen aus einem unterschiedlichen Werkstoff deutlich formstabiler als bekannte Polabdeckungen, bei denen federnde Bereiche durch eine Reduzierung der Wandstärke geschaffen werden. Dies erleichtert die Montage der Polabdeckung auf dem Rotor und reduziert das Risiko einer Beschädigung der Polabdeckung bei dieser Montage. Somit weist eine erfindungsgemäße Polabdeckung eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte mechanische Belastbarkeit bei geringerem Bauraum und gleichzeitig eine erhöhte Formstabilität bei der Montage auf.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Kunststoffwerkstoff eine höhere Bruchdehnung aufweist als der erste Kunststoffwerkstoff, insbesondere dass der zweite Kunststoffwerkstoff durch einen Thermoplast und der erste Kunststoffwerkstoff durch einen Duroplast gebildet wird. Der erste Kunststoffwerkstoff und der zweite Kunststoffwerkstoff weisen unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf. Dabei weist der zweite Kunststoffwerkstoff eine höhere Bruchdehnung und damit eine höhere Elastizität auf als der erste Kunststoffwerkstoff. Somit ist der zweite Kunststoffwerkstoff besser zur Aufnahme von mechanischen Spannungen und kleinen Verformungen geeignet als der erste Kunststoffwerkstoff. Der erste Kunststoffwerkstoff dagegen weist eine höhere Formstabilität auf, was günstig zur Fixierung und Führung der Wicklungen auf den Segmenten der Polabdeckung ist. In einer Ausführungsform werden daher der zweite Kunststoffwerkstoff durch einen Thermoplast und der erste Kunststoffwerkstoff durch einen Duroplast gebildet. In dieser Ausführungsform werden die unterschiedlichen Eigenschaften der Werkstoffe optimal genutzt. Durch die Funktionstrennung von Führung der Wicklung durch den ersten Kunststoffwerkstoff und Aufnahme von mechanischen Spannungen im Betrieb durch den zweiten Kunststoffwerkstoff ist die gesamte Polabdeckung mechanisch belastbar und gleichzeitig bei der Montage formstabil und unempfindlich.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten Entkopplungsbereichen jeweils ein Verbindungsbereich angeordnet ist, wobei jeder Verbindungsbereich mit jeweils zwei Entkopplungsbereichen verbunden ist und jeder Verbindungsbereich aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff besteht, wobei in Umfangsrichtung um die Mittelachse die Entkopplungsbereiche und die Verbindungsbereiche abwechselnd angeordnet sind und zusammen in Umfangsrichtung um die Mittelachse ein zusammenhängendes Bauteil bilden. In dieser Ausführungsform sind die Entkopplungsbereiche durch mehrere Verbindungsbereiche miteinander zu einem zusammenhängenden Bauteil verbunden. Ein solches zusammenhängendes Bauteil kann in einfacher Weise bei der Herstellung der Polabdeckung gehandhabt werden. In dieser Ausführungsform sind in Umfangsrichtung zur Mittelachse jeweils abwechselnd Entkopplungsbereiche und Verbindungsbereiche angeordnet, welche beide aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff bestehen. Das daraus gebildete zusammenhängende Bauteil kann in einem ersten Spritzgussprozess als Vorspritzling hergestellt werden. Die übrigen Komponenten der Polabdeckung können dann in einem zweiten Spritzgussprozess durch Umspritzen mit dem ersten Kunststoffwerkstoff hinzugefügt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass nur einige der Entkopplungsbereiche durch dazwischen angeordnete Verbindungsbereiche verbunden sind. Auf diese Weise werden mehrere zusammenhängende Bauteile gebildet, welche anschließend mit dem ersten Kunststoffwerkstoff umspritzt werden können.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Verbindungsbereiche zumindest teilweise von den Segmentverbindungsbereichen umgeben sind oder an die Segmentverbindungsbereiche angrenzen.
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In dieser Ausführungsform sind die Verbindungsbereiche zwischen den Entkopplungsbereichen teilweise von den Segmentverbindungsbereichen umgeben. Alternativ können die Verbindungsbereiche außerhalb der Segmentverbindungsbereiche, bevorzugt jedoch angrenzend daran, angeordnet sein. Schließlich ist es auch möglich, dass die Verbindungsbereiche komplett von den Segmentverbindungsbereichen umschlossen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Entkopplungsbereich mit jeweils zwei in Umfangsrichtung um die Mittelachse benachbart angeordneten Segmentverbindungsbereichen stoffschlüssig verbunden ist. Eine solche stoffschlüssige Verbindung lässt sich in einfacher Weise durch Umspritzen der zuvor hergestellten Entkopplungsbereiche erreichen. Die stoffschlüssige Verbindung ist stabil und platzsparend. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass ein Entkopplungsbereich mit einem oder zwei angrenzenden Segmentverbindungsbereichen formschlüssig verbunden ist. Dazu kann ein Entkopplungsbereich einen Teilbereich mit Hinterschneidungen, beispielsweise in Form eines Tannenbaums, aufweisen. Auch eine solche formschlüssige Verbindung kann durch Umspritzen der zuvor hergestellten Entkopplungsbereiche mit dem ersten Kunststoffwerkstoff in einfacher Weise realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Entkopplungsbereich in einer Ebene, in welcher die Mittelachse verläuft, eine Querschnittsfläche aufweist, welche im Wesentlichen der Querschnittsfläche der angrenzenden Segmentverbindungsbereiche entspricht.
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In dieser Ausführungsform weisen die Segmentverbindungsbereiche und die dazwischen angeordneten Entkopplungsbereiche im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf. Unter Querschnittsfläche ist dabei diejenige Fläche zu verstehen, welche sich in einem Schnitt durch den Segmentverbindungsbereich in einer Schnittebene ergibt, welche ausgehend von der Mittelachse radial nach außen verläuft. Auf diese Weise erhält die Polabdeckung eine stabile Form ohne scharfkantige Sprünge oder Kerben zwischen den Segmenten und den Entkopplungsbereichen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Querschnittsfläche der Entkopplungsbereiche größer oder kleiner als die Querschnittsfläche der daran angrenzenden Segmentverbindungsbereiche ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedes Segment an seiner von der Mittelachse weg weisenden Seite ein Abschluss-element aufweist, welches in Umfangsrichtung zur Mittelachse und/oder senkrecht dazu über den daran angrenzenden Wicklungsbereich vorsteht, und jeder Segmentverbindungsbereich in seinem an den Wicklungsbereich angrenzenden Bereich in Umfangsrichtung zur Mittelachse oder senkrecht dazu über den Wicklungsbereich vorsteht. Das Abschlusselement stützt bei montierter Polabdeckung eine Wicklung nach außen ab, welche auf dem Segment bzw. dem Wicklungsbereich aufgebracht ist. Weiterhin steht jeder Segmentverbindungsbereich über den Wicklungsbereich vor. Auch der vorstehende Segmentverbindungsbereich dient der Abstützung einer Wicklung, welche auf dem Wicklungsbereich im montierten Zustand aufgebracht ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor zumindest eine Polabdeckung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Der erfindungsgemäße Elektromotor umfasst zumindest eine an dessen Rotor montierte Polabdeckung. Die Polabdeckung umschließt dabei mit ihren Segmenten zumindest teilweise die ferromagnetischen Kerne des Rotors. Auf den Segmenten ist jeweils ein Teilbereich der Wicklung des Rotors aufgebracht. Im Betrieb des Elektromotors, wenn sich der Rotor dreht, führen die Segmente der Polabdeckung die Wicklungen und verhindern, dass diese sich ungewollt in ihrer Position verändern. Während des Betriebs des Elektromotors können mechanische Spannungen an der Polabdeckung auftreten, welche durch dynamische Bewegungskräfte des Rotors oder auch durch thermische Ausdehnung der Komponenten des Elektromotors verursacht werden. Diese mechanischen Spannungen werden durch die Entkopplungsbereiche der Polabdeckung aufgenommen und kompensiert. Durch den Einbau einer erfindungsgemäßen Polabdeckung wird die mechanische Belastbarkeit des Rotors des erfindungsgemäßen Elektromotors verbessert und dadurch ein dauerhaft sicherer Betrieb des Elektromotors sichergestellt. Aufgrund der hohen Formstabilität der Polabdeckung ist die Montage des Rotors des erfindungsgemäßen Elektromotors in einfacher Weise und ohne Beschädigungsgefahr für die Polabdeckung durchzuführen.
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In einer Ausführungsform des Elektromotors ist vorgesehen, dass jeweils ein Segment einen magnetischen Kern des Rotors zumindest teilweise umschließt und auf jedem Segment eine im Betrieb des Elektromotors stromdurchflossene Wicklung aufgebracht ist. Die Polabdeckung ist bei dem Elektromotor zwischen der Wicklung und einem innerhalb der Wicklung positionierten Kern angeordnet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Polabdeckung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, umfassend die Verfahrensschritte
- A) Herstellung eines Vorspritzlings bestehend aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff in einem ersten Spritzgussprozess, wobei der Vorspritzling die Entkopplungsbereiche, bevorzugt zusätzlich die zwischen den Entkopplungsbereichen angeordneten Verbindungsbereiche, umfasst,
- B) Umspritzen des Vorspritzlings in einem zweiten Spritzgussprozess mit dem ersten Kunststoffwerkstoff, wobei beim Umspritzen die Segmente geformt werden, wobei beim Umspritzen eine stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen den Entkopplungsbereichen und den daran angrenzenden Segmentverbindungsbereichen hergestellt wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Polabdeckung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch 2-Komponenten-Spritzguss hergestellt. Dazu werden nacheinander zwei Spritzgussprozesse durchgeführt, in denen jeweils eine Art von Kunststoffwerkstoff verarbeitet wird. Nach der Durchführung des zweiten Spritzgussprozesses sind die Teilbereiche der Polabdeckung zumindest stoffschlüssig, optional auch formschlüssig, miteinander verbunden. Bevorzugt wird in dem Verfahren als erster Kunststoffwerkstoff ein Duroplast und als zweiter Kunststoffwerkstoff ein Thermoplast verwendet. Bevorzugt wird das Verfahren in der angegebenen Reihenfolge der Verfahrensschritte A) und B) durchgeführt. Alternativ ist es auch möglich, zuerst Verfahrensschritt B) und anschließend Verfahrensschritt A) durchzuführen.
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In einem ersten Verfahrensschritt A) wird zunächst aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff ein Vorspritzling hergestellt, welcher alle Entkopplungsbereiche und bevorzugt auch die dazwischen angeordneten Verbindungsbereiche umfasst. Bevorzugt wird dabei ein zusammenhängendes Bauteil erzeugt, welches sich in einfacher Weise dem zweiten Verfahrensschritt B) zuführen lässt.
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In einem zweiten Verfahrensschritt B) werden anschließend die verbleibenden Komponenten der Polabdeckung aus dem ersten Kunststoffwerkstoff geformt. Dazu wird der in Verfahrensschritt A) hergestellte Vorspritzling in einem zweiten Spritzgussprozess umspritzt und dabei die Segmente geformt. Dieses Umspritzen erfolgt dabei derart, dass jeweils zwei benachbart angeordnete Segmentverbindungsbereiche durch einen zum Vorspritzling gehörenden Entkopplungsbereich unterbrochen sind. Auf diese Weise ist eine mechanische Entkopplung zwischen den benachbarten Segmentverbindungsbereichen und somit den einzelnen Segmenten der Polabdeckung sichergestellt. Durch eine Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält eine Polabdeckung eine verbesserte mechanische Belastbarkeit im Betrieb in einem Elektromotor sowie eine verbesserte Formstabilität bei der Montage.
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Merkmale, Wirkungen und Vorteile, welche in Zusammenhang mit der Polabdeckung und dem Elektromotor offenbart sind, gelten auch in Zusammenhang mit dem Verfahren als offenbart. Gleiches gilt in umgekehrter Richtung, Merkmale, Wirkungen und Vorteile, welche in Zusammenhang mit dem Verfahren offenbart sind, gelten auch im Zusammenhang mit der Polabdeckung und dem Elektromotor als offenbart.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Polabdeckung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Polabdeckung 1 gemäß der Erfindung. Die Mittelachse M verläuft durch die Mitte der Polabdeckung 1. Bei der Montage wird die in 1 dargestellte Polabdeckung 1 von oben auf eine Welle, umgeben von insgesamt sechs ferromagnetischen Kernen, des Rotors aufgeschoben. Anschließend wird von unten eine identisch ausgeführte Polabdeckung 1 aufgeschoben.
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Die dargestellte Polabdeckung 1 umfasst sechs Segmente 11, welche sich in radialer Richtung weg von der Mittelachse M erstrecken. Jedes dieser Segmente 11 weist einen Segmentverbindungsbereich 113 auf, welcher zur Verbindung der Segmente 11 untereinander vorgesehen ist. Weiterhin umfasst jedes Segment 11 einen Wicklungsbereich 112, welcher direkt an den Segmentverbindungsbereich 113 angrenzt und in radialer Richtung zur Mittelachse M weiter außen als der Segmentverbindungsbereich 113 angeordnet ist. An den nach außen weisenden Enden jede Segmentes 11 ist, angrenzend an den Wicklungsbereich 112 jeweils ein Abschlusselement 111 angeordnet, welches über den Wicklungsbereich 112 in Umfangsrichtung zur Mittelachse M und in Richtung der Mittelachse M vorsteht. Dieses Abschlusselement 111 dient dazu, bei einer Drehung des Rotors und damit der Polabdeckung 1, die Wicklungen auf den Segmenten 11 gegen nach außen wirkende Fliehkräfte abzustützen. Jeder Segmentverbindungsbereich 113 steht über den angrenzenden Wicklungsbereich 112 in Umfangsrichtung zur Mittelachse M und in Richtung der Mittelachse M vor. Durch diesen vorstehenden Bereich wird das Aufbringen der Wicklung auf dem Wicklungsbereich 112 erleichtert und gleichzeitig die aufgebrachte Wicklung beim Betrieb des Elektromotors abgestützt. Die Pol-abdeckung 1 umfasst mehrere Entkopplungsbereiche 122, welche jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung zur Mittelachse M benachbarten Segmentverbindungsbereichen 113 angeordnet sind. Die Entkopplungsbereiche 122 sind in der dargestellten Ausführungsform durch Scheiben gebildet, welche aus einem zu den Segmenten 11 unterschiedlichen Kunststoffwerkstoff bestehen. Die Entkopplungsbereiche 122 unterbrechen die Polabdeckung 1 in Umfangsrichtung und sind jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit einem benachbarten Segmentverbindungsbereich 113 stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Die Segmente 11 bestehen aus einem ersten Kunststoffwerkstoff, welcher durch einen Duroplast gebildet ist, welcher eine hohe Festigkeit und Formstabilität bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung aufweist. Die Entkopplungsbereiche 122 dagegen bestehen aus einem zweiten Kunststoffwerkstoff, welcher durch einen Thermoplast gebildet ist, welcher eine höhere Bruchdehnung und eine geringere Festigkeit und Formstabilität aufweist. Die Polabdeckung 1 weist somit mehrere Segmente 11 auf, welche regelmäßig durch Entkopplungsbereiche 122 aus einem elastischen Werkstoff unterbrochen sind. Auf diese Weise kann die Polabdeckung im Betrieb des Elektromotors auftretende mechanische Spannungen durch Verformung der Entkopplungsbereiche 122 aufnehmen. Dadurch stellen diese auftretenden mechanischen Spannungen keine Gefahr für die Segmente 11 dar, welche eine geringere Bruchdehnung aufweisen. Zwischen zwei benachbarten Entkopplungsbereichen 122 ist jeweils ein Verbindungsbereich 123 angeordnet, welcher ebenfalls aus dem zweiten, elastischen Kunststoffwerkstoff besteht. In der dargestellten Ausführungsform sind in Umfangsrichtung um die Mittelachse M, Entkopplungsbereiche 122 und Verbindungsbereiche 123 jeweils abwechselnd angeordnet und bilden einen Ring. Bei der Herstellung der Polabdeckung 1 kann somit in einfacher Weise zunächst ein Vorspritzling aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff hergestellt werden, welcher die Entkopplungsbereiche 122 und die Verbindungsbereiche 123 umfasst. Dieser Vorspritzling ist dann bereits formstabil und kann somit in einfacher Weise in einem zweiten Verfahrensschritt mit dem ersten Kunststoffwerkstoff umspritzt werden, aus welchem dann die Segmente 11 geformt werden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verbindungsbereiche 123 komplett vom Ringkörper 121 umgeben. Alternativ wäre es auch möglich, die Verbindungsbereiche 123 außerhalb, aber angrenzend an die Segmentverbindungsbereiche 113 anzuordnen. Jeder Entkopplungsbereich 122 ist in Umfangsrichtung um die Mittelachse M mit jeweils zwei benachbart angeordneten Segmentverbindungsbereichen 113 stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Diese Verbindung wird durch Umspritzen des Vorspritzlings, bestehend aus dem zweiten Kunststoffwerkstoff, mit dem ersten Kunststoffwerkstoff hergestellt. In der dargestellten Ausführungsform entspricht die Querschnittsfläche der Entkopplungsbereiche 122 der Querschnittsfläche der daran angrenzenden Segmentverbindungsbereiche 113. Unter Querschnittsfläche ist dabei die Fläche zu verstehen, welche sich in einem Schnitt durch den Segmentverbindungsbereich 113 in einer Schnittebene ergibt, welche ausgehend von der Mittelachse M radial nach außen durch den Entkopplungsbereich 122 bzw. den Segmentverbindungsbereich 113 verläuft. Die in 1 dargestellte Ausführungsform zeigt exemplarisch eine Polabdeckung 1 für einen Rotor eines Elektromotors mit sechs ferromagnetischen Kernen, welche jeweils in einem Segment 11 der Polabdeckung 1 angeordnet werden. Selbstverständlich kann die Polabdeckung 1 auch eine unterschiedliche Anzahl an Segmenten 11 aufweisen. Darüber hinaus ist die Polabdeckung 1 auch zum Einbau oder zur Montage an einem Stator eines Elektromotors geeignet.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Polabdeckung
- 11
- Segment
- 111
- Abschlusselement
- 112
- Wicklungsbereich
- 113
- Segmentverbindungsbereich
- 122
- Entkopplungselement
- 123
- Verbindungsbereich
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014098625 A1 [0003]
- WO 2020020551 A1 [0004]
- CN 201846144 U [0005]
