DE102022128604B3

DE102022128604B3 - Werkzeug, insbesondere Spritzwerkzeug zur Herstellung einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022128604B3
Application number: DE102022128604.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Braunbeck
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-10-28
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2042-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (7), insbesondere Spritzwerkzeug, für eine elektrische Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) ein Gehäuse (4) mit einem Rotorraum (20) und einem Statorraum (5) umfasst, wobei im Rotorraum (20) ein Rotor (2) und im Statorraum (5) ein Stator (3) angeordnet ist, und wobei das Werkzeug (7) zur Herstellung einer den Stator (3) zumindest teilweise umfassenden Abdichtung (6) ausgebildet ist, und wobei das Werkzeug (7) zumindest eine an den Stator (3) angrenzend ausgebildete obere Formplatte (10) aufweist.Erfindungsgemäß besitzt die obere Formplatte (10) eine Formoberfläche (13), die einer zu erzielenden Außenfläche (14) der Abdichtung (6) gezielt angepasst ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere ein Spritzwerkzeug zur Herstellung einer elektrischen Maschine gemäß Patentanspruch 1.
Elektrische Maschinen für Antriebseinrichtungen von Kraftfahrzeugen weisen gekühlte Statoreinrichtungen auf, welche meist eine Blechpaketeinrichtung und in Axialrichtung verlaufende Aufnahmenuten zur Aufnahme von Wicklungselementen und einen Rotoraufnahmeraum zur Aufnahme eines relativ zu Statoreinrichtung drehbaren Rotors sowie eine Abdichtung zur kühlmitteldichten Abgrenzung der Aufnahmenuten gegenüber dem Rotoraufnahmeraum aufweisen. Durch die Abdichtung kann die Statoreinrichtung im Betrieb der elektrischen Maschine gekühlt werden, ohne dass Kühlmittel an den Rotor gelangt. Das heißt, dass ein Statorraum mediendicht von einem Rotorraum abgetrennt ist. Des Weiteren wird eine Dichtung benötigt, die eine Abdichtung des Statorraumes gegenüber einem Gehäuse der elektrischen Maschine gewährleistet.
So offenbart die Offenlegungsschrift DE 10 2009 012 477 A1 einen Elektromotor mit einem Stator und einen vom Stator umfassten Rotor, wobei der Stator dem Rotor gegenüberliegend eine Statorinnenhülse aufweist, welche eine Statorwicklung gegenüber dem Rotor begrenzt. Die Statorwicklung ist von einem Statorbleckpaket umgeben, wobei sie zwischen dem Statorblechpaket und der Statorinnenhülse mittels einer Vergussmasse vergossen ist. Der Rotor ist in einem Gehäuse des Elektromotors gelagert, welches an einer Seite mit einem Flanschteil verschlossen ist, wobei ein Dichtring zwischen dem Flanschteil und dem Gehäuse angeordnet ist.
Die Druckschrift GB 1 330 674 A offenbart einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei ein Gehäuse des Elektromotors ein Statorblechpaket und eine Statorwicklung mit Hilfe eines als Dichtmittel eingesetzten Kunststoffs im Gehäuse gehalten sind. Zur weiteren Abdichtung ist ein Dichtring vorgesehen.
Aus der Patentschrift DE 10 2021 115 421 B3 ist ein Werkzeug zur Herstellung eines Elektromotors bekannt, welcher ein Gehäuse und einen Rotorraum zur Aufnahme eines Rotors und einen Statorraum zur Aufnahme eines Stators der elektrischen Maschine umfasst, wobei das Werkzeug eine Formplatte und eine Angussplatte aufweist. Insbesondere ist in der Formplatte eine Verteilergeometrie ausgebildet, über die ein Werkstoff zur Herbeiführung einer Dichtmantelstruktur zur kühlmitteldichten Abgrenzung von Aufnahmenuten des Stators eingebracht wird. Die Formplatte ist stromabwärts der Angussplatte angeordnet. Sie stellen bevorzugt jeweils separate Werkzeugteile dar, und werden axial bzw. stirnseitig benachbart aneinandergekoppelt.
Aus den Druckschriften EP 2 549 625 B1 , DE 10 2006 044 767 A1 und DE 10 2020 123 852 A1 sind ebenfalls Elektromotoren umfassend einen Stator und einen Rotor bekannt.
Aus der Druckschrift US 2013/0285 481 A1 ist ein Werkzeug zur Herstellung eines elektrischen Ventils bekannt, welches einen Antriebsmotor mit einem Rotor und einem Stator besitzt. Das Werkzeug ist zur Herstellung einer den Stator zumindest teilweise umfassenden Abdichtung ausgebildet und besitzt eine an den Stator angrenzend ausgebildete obere Formplatte. Die obere Formplatte weist eine Formoberfläche auf, die einer zu erzielenden Außenfläche der Abdichtung gezielt angepasst ausgebildet.
Den Druckschriften US 2008/0197731 A1 und US 2021/0131448 A1 kann eine Abdichtung eines Stators entnommen werden, welche aus einem Kunststoff ausgebildet ist und eine Dichtungsfunktionsfläche aufweist.
Der Druckschrift US 2021/0394402 A1 kann ein Werkzeug zur Herstellung eines Sensors entnommen werden, wobei das Werkzeug eine Formoberfläche besitzt, die zu einer zu erzielenden Außenfläche einer Abdichtung gezielt angepasst ausgebildet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Werkzeug, insbesondere ein Spritzwerkzeug, zur Herstellung einer elektrischen Maschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Werkzeug, insbesondere einem Spritzwerkzeug zur Herstellung einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Werkzeug, insbesondere ein Spritzwerkzeug, für eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine ein Gehäuse mit einem Rotorraum und einem Statorraum umfasst, wobei im Rotorraum ein Rotor und im Statorraum ein Stator angeordnet ist, und ist zur Herstellung einer den Stator zumindest teilweise umfassenden Abdichtung ausgebildet. Das Werkzeug weist zumindest eine an den Stator angrenzend ausgebildete obere Formplatte auf. Erfindungsgemäß besitzt die obere Formplatte eine Formoberfläche, die einer zu erzielenden Außenfläche der Abdichtung gezielt angepasst ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass die Formoberfläche zumindest nahezu korrespondierend oder insbesondere korrespondierend zur zu erzielenden Außenfläche der Abdichtung ausgebildet ist. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist, dass eine Nachbearbeitung der Abdichtung entfallen, oder zumindest weitestgehend entfallen kann, da die Formoberfläche bereits der Außenfläche gemäß realisiert ist. So können hohe Kosten, die aufgrund einer Nachbearbeitung der Abdichtung oder die durch komplexe und teure Dichtmittel entstehen, entfallen. Es können kostengünstige Dichtungen eingesetzt werden, die zwischen dem Gehäuse und der Abdichtung zur Abdichtung des Statorraumes anzuordnen sind. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist in einem Ausgleich von Bauteiltoleranzen zu sehen. Da sämtliche Toleranzen bereits im Werkzeug vorgesehen werden können, ergibt sich damit ein stabiler Herstellungsprozess.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:

1 in einem Längsschnitt eine elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik,
2 in einem Schnitt ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Herstellung einer elektrischen Maschine, und
3 in einer Detailansicht III das erfindungsgemäße Werkzeug.

Eine elektrische Maschine 1, insbesondere eine direktgekühlte elektrische Maschine, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann, gemäß dem Stand der Technik ist wie in 1 abgebildet aufgebaut. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Rotor 2, und einen den Rotor 2 umfassend angeordneten Stator 3. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 4 auf, mit einem Rotorraum 20 zur Aufnahme des Rotors 2, und einem Statorraum 5 zur Aufnahme des Stators 3, welches den Stator 3 umfassend ausgebildet ist. Der Stator 3 weist ein Statorblechpaket und eine Statorwicklung auf, welche nicht näher detailliert abgebildet sind, und ist in dem ölbefüllten Raum 5 aufgenommen. Der Rotor 2 und der Stator 3 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der Stator 3 weist eine Abdichtung 6 aus einem Kunststoffmaterial auf, welche durch Umspritzung des Stators 3 mit einem Werkzeug gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist. Die Abdichtung 6 dient einer Abdichtung des Stators 3 gegenüber dem Rotor 2. Zur weiteren Abdichtung des Statorraumes 5 ist ein Dichtelement 8 vorgesehen, welches zwischen dem Gehäuse 4 und der Abdichtung 6 angeordnet ist.
In den 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßes Werkzeug 7 zur Herstellung der elektrischen Maschine 1 abgebildet. Das erfindungsgemäße Werkzeug 7 umfasst eine Angussplatte 9 und eine obere Formplatte 10 sowie eine nicht näher abgebildete untere Formplatte zur Herbeiführung der den Stator 3 zumindest teilweise umfassenden Abdichtung 6.
Die untere Formplatte, welche der oberen Formplatte 10 gegenüberliegend angeordnet ist, ist nicht näher abgebildet, da sie zur Herbeiführung der Abdichtung 6 gemäß der oberen Formplatte 10 ausgebildet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass die untere Formplatte zur Herbeiführung relevanter Oberflächen der Abdichtung 6 der oberen Formplatte 10 entspricht, weshalb an dieser Stelle eine Abbildung der unteren Formplatte nicht vonnöten ist.
Ein Werkzeugkern 11, welcher als Hohlzylinder ausgebildet ist, ist zur Herstellung einer dem Rotor 2 gegenüberliegenden Innenfläche 12 der Abdichtung 6 zwischen der oberen Formplatte 10 und der unteren Formplatte angeordnet, und von dem Stator 3 umfasst. Dies bedeutet, dass der Stator 3 ebenfalls zwischen der oberen Formplatte 10 und der unteren Formplatte angeordnet ist.
Die Formplatte 10 weist eine, dem Stator 3 gegenüberliegend ausgebildete Formoberfläche 13 auf, welche korrespondierend zur Außenfläche 14 der Abdichtung 6 ausgebildet ist.
Des Weiteren besitzt die Formplatte 10 einen Angusskanal 15, welcher über einen Angusstrichter 16 der Angussplatte 9 zur Befüllung mit dem Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Das Gießverfahren ist grundsätzlich bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Werkzeug 7 ist insbesondere in einem Dichtungsbereich 17, welcher zur Aufnahme des Dichtelementes 8 vorgesehen ist, gezielt angepasst, wonach sämtliche Dichtungsflächen werkzeugfallend gestaltet werden. Das heißt mit anderen Worten, dass die Außenfläche 14, oder mit anderen Worten gesagt, eine Oberflächenstruktur der Abdichtung 6, sowie für das Dichtelement 8 notwendigen Toleranzen von dem Werkzeug 7 vorgegeben sind. Oder mit anderen Worten gesagt, das erfindungsgemäße Werkzeug 7 ist der zu erzielenden Außenfläche 14 gezielt angepasst ausgebildet.
Bietet beispielsweise das Werkzeug 7 eine Rundheit mit einer Toleranz von 0,02, weist die Abdichtung 6 die gleiche Rundheit auf. Somit können Toleranzen und die Oberflächenstruktur der Abdichtung 6 prozesssicher herbeigeführt werden, da sie im Werkzeug 7 bereits ausgebildet sind und nicht in einem weiteren Schritt der Herstellung der elektrischen Maschine 1, insbesondere des Stators 3, herbeigeführt werden müssen. Das heißt, dass eine Nachbearbeitung der Abdichtung 6 durch die Herstellung derselben mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug 7 entfallen kann, oder zumindest in einem gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduzierteren Maße notwendig ist.
In 3 ist das erfindungsgemäße Werkzeug 7 in einer Detailansicht III im Bereich des Dichtungsbereichs 17 abgebildet. Die Formoberfläche 13 des Werkzeugs 7, resp. der oberen Formplatte 10 ist derart bearbeitet, sie kann auch poliert sein, dass eine Nachbearbeitung der Abdichtung 6 nicht mehr oder in nur geringem Umfang notwendig ist.
Die Abdichtung 6 wird mit Hilfe eines Kunststoffspritzverfahrens, auch als Transfermolding bezeichnet, auf den Stator 3 aufgebracht.
So kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugs 7 eine Einführfläche 18, welche einer Positionierung des Dichtungselementes 8 dient, in der oberen Formplatte 10 frei gestaltbar ausgebildet sein und eine Bearbeitung der Abdichtung 6 zur Herbeiführung der Einführfläche 18, welche zur einfachen Positionierung in Form einer Einführschräge ausgebildet ist, kann entfallen.
Bevorzugt kann eine Werkzeugtrennfläche 19 hinter eine Dichtungsfunktionsfläche 21 der Abdichtung 6 gesetzt werden, damit Nacharbeiten aufgrund von Unebenheiten entfallen können.

Claims

Werkzeug (7), insbesondere Spritzwerkzeug, für eine elektrische Maschine (1), wobei die elektrische Maschine (1) ein Gehäuse (4) mit einem Rotorraum (20) und einem Statorraum (5) umfasst, wobei im Rotorraum (20) ein Rotor (2) und im Statorraum (5) ein Stator (3) angeordnet ist, und wobei das Werkzeug (7) zur Herstellung einer den Stator (3) zumindest teilweise umfassenden Abdichtung (6) ausgebildet ist, und wobei das Werkzeug (7) zumindest eine an den Stator (3) angrenzend ausgebildete obere Formplatte (10) aufweist, wobei die obere Formplatte (10) eine Formoberfläche (13) besitzt, die einer zu erzielenden Außenfläche (14) der Abdichtung (6) gezielt angepasst ausgebildet ist, wobei die obere Formplatte (10) eine Einführfläche (18) aufweist, welche einer Einführschräge zur Positionierung eines Dichtelementes (8) in der elektrischen Maschine (1) entspricht.
Werkzeug (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (13) komplementär zur zu erzielenden Außenfläche (14) ausgebildet ist.
Werkzeug (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkzeugtrennfläche (19) hinter eine Dichtungsfunktionsfläche (21) der Abdichtung (6) gelegt ist.
Werkzeug (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (6) aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist.
Werkzeug (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (31) poliert ist.
Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, eine Werkzeugtrennfläche (19) hinter eine Dichtungsfunktionsfläche (21) der Abdichtung (6) gesetzt wird, wodurch Nacharbeiten aufgrund von Unebenheiten entfallen.