DE102022206572A1 - Werkzeugkern eines mehrteiligen Werkzeugs zum Herstellen einer einen Stator eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle - Google Patents

Werkzeugkern eines mehrteiligen Werkzeugs zum Herstellen einer einen Stator eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Werkzeugkern eines mehrteiligen Werkzeugs zum Herstellen einer einen Stator eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle, wobei das Werkzeug mindestens den in das Innere des Stators einzuführenden Werkzeugkern und eine Außenhülle aufweist, in welche der Stator einzubringen ist, und wobei der Werkzeugkern einen vorgegebenen maximalen Durchmesser in einem geschlossenen Zustand aufweist und dazu eingerichtet ist, in das Innere des Stators eingeführt zu werden. Der maximale Durchmesser des Werkzeugkerns ist in dem geschlossenen Zustand kleiner als ein Innendurchmesser des Stators, so dass nach Einführen ein vorgegebener Abstand zwischen Werkzeugkern und Innerem des Stators vorhanden ist. Der Werkzeugkern ist mehrteilig derart ausgeführt, dass er von dem geschlossenen Zustand bis zu einem Zustand radial expandierbar ist, in dem er einen Durchmesser erreicht hat, in dem zumindest Teile davon mit dem Inneren des Stators in Kontakt sind, und wobei über seinen Außenumfang und an einem ersten Endbereich davon, welcher sich zum Herstellen der Kunststoffhülle innerhalb der Außenhülle des Werkzeugs befindet, eine durchgängige, elastische Hülle angeordnet ist, so dass die beim Herstellen der Kunststoffhülle innerhalb der Außenhülle des Werkzeugs befindlichen Bereiche des Werkzeugkerns in allen Zuständen des Werkzeugkerns eine geschlossene Außenkontur aufweisen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Kühlung von Elektromotoren.
  • Neue Konzepte zur Kühlung von Elektromotoren, kurz auch als E-Maschinen bezeichnet, zielen darauf ab, zwischen Stator und Rotor eine Kunststoffhülse zur Abdichtung des Kühlsystems einzusetzen. Zur Herstellung kann der Stator beispielsweise in ein Werkzeug eingelegt und mittels eines Transfer Molding Prozesses mit Duroplast umspritzt bzw. umgossen werden. Auch ein entsprechendes Spritzgussverfahren mittels Thermoplasts ist bekannt. Um das Bauteil später entformen zu können, ist ein mehrteiliges Werkzeug notwendig.
  • Da der Werkzeugkern normaler Werkzeuge bei gerader Ausführung nicht entformt werden kann und eine notwendige Entformungsschräge konstruktionsbedingt seitens der E-Maschine nicht möglich ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen geeigneten Werkzeugkern bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Vorgeschlagen wird ein Werkzeugkern eines mehrteiligen Werkzeugs zum Herstellen einer einen Stator eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle, wobei das Werkzeug mindestens den in das Innere des Stators einzuführenden Werkzeugkern und eine Außenhülle aufweist, in welche der Stator einzubringen ist, und wobei der Werkzeugkern einen vorgegebenen maximalen Durchmesser in einem geschlossenen Zustand aufweist und dazu eingerichtet ist, in das Innere des Stators eingeführt zu werden. Der maximale Durchmesser des Werkzeugkerns ist in dem geschlossenen Zustand kleiner als ein Innendurchmesser des Stators, so dass nach Einführen ein vorgegebener Abstand zwischen Werkzeugkern und Innerem des Stators vorhanden ist. Der Werkzeugkern ist mehrteilig derart ausgeführt, dass er von dem geschlossenen Zustand bis zu einem Zustand radial expandierbar ist, in dem er einen Durchmesser erreicht hat, in dem zumindest Teile davon mit dem Inneren des Stators in Kontakt sind, und wobei über seinen Außenumfang und an einem ersten Endbereich davon, welcher sich zum Herstellen der Kunststoffhülle innerhalb der Außenhülle des Werkzeugs befindet, eine durchgängige, elastische Hülle angeordnet ist, so dass die beim Herstellen der Kunststoffhülle innerhalb der Außenhülle des Werkzeugs befindlichen Bereiche des Werkzeugkerns in allen Zuständen des Werkzeugkerns eine geschlossene Außenkontur aufweisen.
  • Durch den expandierbaren Werkzeugkern mit der durch die ihn umgebende Hülle in allen Zuständen geschlossenen Außenkontur ist das Entformen des fertigen Bauteils einfacher. Außerdem kann dadurch ein größerer Bereich des Stators mit der Kunststoffhülle (auch als Kunststoffhülse bezeichnet) umgeben und damit abgedichtet werden. Somit kann auch eine Kühlung an Bereichen erfolgen, die bisher nicht gekühlt werden konnten, z.B. die Wicklungen. Die Kunststoffhülle ist dabei in jedem Fall um den Außenumfang des Stators gebildet. Sie kann aber auch zusätzlich im Inneren des Stators gebildet sein.
  • In einer Ausführung ist der Werkzeugkern derart gebildet ist, dass nach radialer Expansion der Werkzeugkern an dem Inneren des Stators vollflächig anliegt, so dass das Innere des Stators nicht von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann, oder der Werkzeugkern an dem Inneren des Stators derart anliegt, dass zumindest ein Teilbereich des Inneren des Stators von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann, oder ein Abstand zwischen Innerem des Stators und Werkzeugkern verbleibt, so dass das Innere des Stators vollständig von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann.
  • In einer Ausführung ist die elastische Hülle eine Elastomerhülle, welche derart gebildet ist, dass sie nicht am Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle anhaftet, oder eine Polymerfolie, die nach dem Umspritzen vom Werkzeugkern gelöst ist und am Stator anhaftet.
  • In einer Ausführung entspricht der Durchmesser des Werkzeugkerns in allen Bereichen, die sich innerhalb des Stators befinden, der Kontur des Inneren des Stators.
  • In einer Ausführung weist der zweite Endbereich ein Bedienelement auf, das dazu eingerichtet ist, die radiale Expansion sowie das Komprimieren in den geschlossenen Zustand auszuführen.
  • Ferner wird ein Werkzeug bereitgestellt, aufweisend eine Außenhülle zur Aufnahme des Stators, sowie den Werkzeugkern, wobei der erste Endbereich sowie Mittelbereiche des Werkzeugkerns, welche die elastische Hülle aufweisen, sich zum Herstellen der Kunststoffhülle vollständig innerhalb der Außenhülle des Werkzeugs befinden, und ein dem ersten Endbereich gegenüberliegender zweiter Endbereich aus der Außenhülle des Werkzeugs herausragt, wobei der Mittelbereich zumindest teilweise aus der Außenhülle herausragt, so dass die elastische Hülle mit dem Werkzeug nach radialer Expansion dichtend abschließt.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer einen Außendurchmesser eines Stators eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle unter Verwendung des Werkzeugs bereitgestellt, wobei in einem ersten Schritt der Stator in die Außenhülle eingebracht wird und der Werkzeugkern in das Innere des Stators eingeführt wird, und in einem zweiten Schritt die Außenhülle geschlossen wird und mit der elastischen Hülle derart abdichtet, dass alle Bereiche des Werkzeugkerns innerhalb der Außenhülle von der elastischen Hülle abgedichtet sind, wobei in dem Bereich, in dem der Werkzeugkern in den Stator eingeführt ist, ein Abstand zwischen Werkzeugkern und Außenhülle verbleibt, in einem dritten Schritt der Werkzeugkern so weit radial expandiert wird, dass er auch in dem Bereich, in dem der Werkzeugkern in den Stator eingeführt ist, mit der Außenhülle abdichtet, und in einem vierten Schritt eine Injektion eines flüssigen Kunststoffs in das Werkzeug erfolgt, bis der Kunststoff alle freien Bereiche innerhalb der Außenhülle füllt, sowie ein Aushärten des Kunststoffs erfolgt, und in einem fünften Schritt nach dem Aushärten der mit der Kunststoffhülle umgebene Stator entformt wird, indem das Werkzeug geöffnet und der Werkzeugkern in einen geschlossenen Zustand komprimiert wird, und wobei der mit der Kunststoffhülle umgebene Stator aus dem Inneren des Stators entfernt wird.
  • Ferner wird ein mittels dem Verfahren hergestellter Stator eines Elektromotors mit umgebender Kunststoffhülle bereitgestellt.
  • Ferner wird ein Elektromotor bereitgestellt, aufweisend zumindest einen Rotor und den Stator, sowie eine Kühlung, die derart gebildet ist, dass sie an dem mit der Kunststoffhülle umgebenen äußeren Bereich des Stators geführt ist.
  • Ferner wird ein elektrischer Antrieb bereitgestellt, umfassend einen elektrischen Achsantrieb, für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Elektromotor. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit dem Elektromotor bereitgestellt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Elektromotors mit einem mit einer Kunststoffhülle umhüllten und gekühlten Stator gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt eine Schnittansicht eines mit einer Kunststoffhülle umhüllten Stators gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt eine schräge Ansicht eines mit einer Kunststoffhülle umhüllten Stators gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt eine Explosionsansicht eines Werkzeugs gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt eine frontale und eine seitliche Schnittansicht eines Werkzeugs in geschlossenem Zustand gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt eine frontale und eine seitliche Schnittansicht eines Werkzeugs in expandiertem Zustand gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 7 bis 11 zeigen einen Verfahrensablauf zum Abformen einer einen Stator eines Elektromotors umgebenden Kunststoffhülle gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 12 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ziel der Erfindung ist es, einen Werkzeugkern 102 eines mehrteiligen Werkzeugs 101-103 bereitzustellen, der sowohl eine „gerade“ Struktur bzw. Welle ermöglicht, als auch die Entformbarkeit des Bauteils (Stator 11 mit umgebender Kunststoffhülle 30) sicherstellt.
  • Das mehrteilige Werkzeug umfasst dabei eine Außenhülle 101, einen Werkzeugkern 102 und ein an einem Endbereich des Werkzeugkerns 102 außerhalb der Außenhülle 101 vorgesehenes Bedienelement 103.
  • Das genannte Ziel wird durch Bereitstellen eines mehrteiligen Werkzeugkerns 102 erreicht, der radial expandierbar und wieder komprimierbar ist, wodurch eine einfache Entformung des fertigen Bauteils (Stator 11 mit umgebender Kunststoffhülle 30) stattfinden kann. Im Zustand, in dem der Werkzeugkern 102 in den Stator 11 eingeführt wird, ist der Werkzeugkern 102 komprimiert, weist also einen Durchmesser auf, in dem er in den Stator 11 eingeführt werden kann und dann einen vorgegebenen Abstand zum Inneren des Stators 11 aufweist.
  • Nach dem Expandieren ist der Werkzeugkern 102 in einer Ausführung mit zugehöriger, nachfolgend beschriebener elastischer Hülle 104 vollständig mit dem Inneren des Stators 11 in Kontakt. Alternativ kann nach dem Expandieren immer noch ein Abstand zum Inneren des Stators 11 vorhanden sein, oder der Werkzeugkern 102 ist lediglich teilweise mit dem Inneren des Stators 11 in Kontakt. In beiden Fällen kann der flüssige Kunststoff in den dann vorhandenen Lücken zwischen Stator 11 und Werkzeugkern 102 eingebracht werden, um die Kunststoffhülle 30 auch im Inneren des Stators 11 zu bilden.
  • Nachdem der flüssige Kunststoff gehärtet bzw. erstarrt ist, wird der Werkzeugkern 102 wieder durch Betätigen des Bedienelements 103 zu seinem ursprünglichen Durchmesser komprimiert und weist dadurch wieder einen Abstand zum Inneren des Stators 11 auf. Somit kann der Werkzeugkern 102 problemlos aus dem Inneren des Stators 11 herausgezogen werden. Durch die Kunststoffhülle 30 ist nunmehr nicht nur das Statorblech 111, sondern auch die bisher nicht von Kunststoff umgebenen Teile des Stators 11, insbesondere die offenen Wicklungen 112, mit Kunstsoff umgeben und können somit gekühlt werden, wie in 1 bis 3 zu sehen.
  • In allen Fällen bildet die Außenhülle 101 des Werkzeugs nach dem Expandieren des Werkzeugkerns 102 zusammen mit dem Teil des Werkzeugkerns 102, der nach dem Einführen noch aus der Seite des Stators 11 herausragt, einen nach außen hin mediendichten Raum.
  • Um zu verhindern, dass flüssiger Kunststoff ins Innere des Werkzeugkerns 102 eindringt und damit ein Komprimieren des Werkzeugkerns 102 verhindert, ist der Werkzeugkern 102 von einer durchgängigen elastischen Hülle 104 umgeben. Diese umschließt den Werkzeugkern 102 innerhalb des Werkzeugs 101-103 (genauer mindestens den Teil des Werkzeugkerns 102, der sich innerhalb Außenhülle 101 befindet) vollständig und stellt damit eine geschlossene Außenkontur des Werkzeugkerns 102 innerhalb der Außenhülle 101 bereit, also innerhalb des Bereichs, in dem der flüssige Kunststoff eingebracht wird. Dabei ist die Hülle 104 selbstverständlich so vorgesehen, dass sie sich je nach Ausführung auch zu einem Teil außerhalb der Außenhülle 101 befinden kann, damit die mediendichte Abdichtung auch am Einführbereich des Werkzeugkerns 102 gegeben ist.
  • Die Hülle 104 ist elastisch, so dass sie sich zumindest beim radialen Expandieren derart elastisch verformen kann, dass sie nicht reißt. Durch diese Hülle 104 wird verhindert, dass der zur Herstellung der den Stator 11 umgebenden Kunststoffhülle 30 ins Werkzeug 101-103 eingebrachte Kunststoff in den Werkzeugkern 102 einfließt und damit ein Zurückführen in den Ausgangszustand (komprimieren) verhindert.
  • Gegenstand der Erfindung ist also ein radial expandierbarer und wieder komprimierbarer Werkzeugkern 102 eines Werkzeugs 101-103, der trotz der Durchmesservergrößerung eine geschlossene Außenkontur besitzt. Dies ist für den Fertigungsprozess essentiell, um eine Füllung des Werkzeugkerns 102, genauer der durch das Expandieren entstehenden Öffnungen 1021 (siehe 6, 9 und 10), mit füßigem Kunststoff zu verhindern.
  • Zur Herstellung der Kunststoffhülle 30 wird nicht nur der in das Innere des Stators 11 einzubringende Werkzeugkern 102 benötigt, sondern weitere Komponenten, die das Werkzeug 101-103 bilden, wie in 4 als Explosionsansicht zu sehen. Das Werkzeug 101-103 selbst weist hierbei zusätzlich zum Werkzeugkern 102 weitere Komponenten 101, 103 auf, von denen eine als eine Außenhülle 101 gebildet ist, die vorteilhaft mindestens zweiteilig gebildet ist, um auf der Außenseite des Stators 11 und um diesen herum aufgebracht zu werden. Die Außenhülle 101 umgibt den Stator 11 dann mediendicht. Zwischen Außenhülle 101 und Äußerem des Stators 11 verbleibt stets ein definierter Hohlraum, wie in 9 und 10 zu sehen, da genau dort der flüssige Kunststoff über die Einlässe 200 und die Einlasskanäle 201 eingebracht wird, der später die Kunststoffhülle 30 bildet, welche den Stator 11 zumindest auf seiner Außenseite umgibt. Ins Innere des Stators 11 wird von einer Seite her der beschriebene Werkzeugkern 102 eingebracht und endet etwas außerhalb der anderen, offenen Seite des Stators 11, um zu verhindern, dass Kunststoff in das Innere eindringt. D.h., die Außenhülle 101 ist dann an dem Werkzeugkern 102 dieser Seite mediendicht geschlossen. An der Seite, an welcher der Werkzeugkern 102 in den Stator 11 eingeführt ist, schließt die Außenhülle 101 mit dem Werkzeugkern 102 mediendicht ab, wenn dieser expandiert ist, wie in 9 und 10 zu sehen ist. Ferner ist an der Seite des Stators 11, an welcher der Werkzeugkern 102 eingeführt ist, ein Endstück außerhalb des Werkzeugs, also außerhalb der Außenhülle 101 vorgesehen, welches als Bedienelement 103 dient, um den Werkzeugkern 102 zu expandieren und wieder zu komprimieren. Das heißt, dass die Länge des Werkzeugkerns 102 länger ist als der Stator 11 plus die ihn umgebende Außenhülle 101. Wie genau das Bedienelement 103 ausgeführt ist, hängt von der Art ab, wie der Werkzeugkern 102 expandiert und komprimiert wird und kann von einem einfachen mechanisch bedienbaren Element bis zu einem automatisiert bedienbaren Element reichen.
  • Um die Kunststoffhülle 30 auf das Äußere des Stators 11 aufzubringen und den Werkzeugkern 102 möglichst einfach wieder entfernen zu können, wird also vorgeschlagen, den beschriebenen mehrteiligen Werkzeugkern 102 zu verwenden, der aus einem mehrteiligen metallischen Werkzeugkern 102 gebildet ist, dessen Teile nach außen gefahren werden können (radial expandiert werden), um seinen Außendurchmesser zu vergrößern. Alternativ ist es auch aber auch denkbar, die elastische Hülle 104 beispielsweise mittels Druckluft aus dem Werkzeugkern 102 zu expandieren. Außerdem ist die elastische Hülle 104 vorgesehen, welche eine ausreichende Dehnbarkeit, Temperaturstabilität, chemische Beständigkeit besitzt, um bei dem Herstellungsprozess (meist ein Transfer Molding Prozess) verwendet werden zu können. Die elastische Hülle 104 kann z.B. eine Elastomerhülle sein, die vorteilhaft keine Anhaftung des zu verarbeitenden Kunststoffs zulässt. Alternativ kann sie auch als eine Folie, z.B. eine Polymerfolie, gebildet sein, die nach dem Prozess an dem Inneren des Stators 11 anhaftet. In diesem Fall muss vor jedem Herstellungsprozess eine neue Folie auf den metallischen Werkzeugkern 102 aufgebracht werden.
  • Gezeigt ist in allen Figuren, speziell 5 und 6, ein gleichmäßig in vier Teile geteilter Werkzeugkern 102. Es ist aber auch ein lediglich in zwei oder drei Teile oder ein in mehr als vier Teile geteilter Werkzeugkern 102 verwendbar, solange die Kunststoffhülle 30 im Inneren des Stators 11 entsprechend den vorgegebenen Anforderungen hergestellt werden kann.
  • In der in 7 bis 11 gezeigten Ausführung wird lediglich eine Kunststoffhülle 30 bereitgestellt, welche sich am Äußeren des Stators 11 befindet. Das heißt, dass der Durchmesser des Werkzeugkerns 102 der Kontur des Inneren des Stators 11 entspricht und damit nach Expansion vollständig an dieser anliegt.
  • Um das Innere des Stators 11 vollständig zu bedecken, wie in 2 und 3 gezeigt, kann der flüssige Kunststoff zusätzlich auch in das Innere des Stators 11 eingebracht werden. Hierfür ist es z.B. möglich, dass der Durchmesser des Werkzeugkerns 102 in allen Bereichen, die sich innerhalb des Stators 11 befinden, variiert, also ungleichmäßig ist, oder Erhöhungen oder Rillen aufweist, die als (punktuelle) Abstandshalter dienen. Auch kann der Durchmesser an vorgegebenen Bereichen kleiner sein als der maximale Durchmesser des Werkzeugkerns 102, so dass in diesen Bereichen der Kunststoff einfließen kann. Ebenso kann der Werkzeugkern 102 nur so weit expandiert werden, dass ein Hohlraum bzw. eine Lücke zwischen Hülle 104 und Innerem des Stators 11 verbleibt. In diesem Fall ist der Bereich der Außenhülle 101 des Werkzeugs im Bereich, in dem der Werkzeugkern 102 in den Stator 11 eingebracht wird, länger. Somit kann sie auch in diesem Fall einen mediendichten Abschluss nach außen bereitstellen. Alternativ kann auch eine Folie verwendet werden, die nach dem Prozess am Inneren des Stators 11 anhaftet, wie oben beschrieben.
  • Um den Stator 11 mit ihn mindestens am Außendurchmesser umgebenden Kunststoffhülle 30 herzustellen, wird das bereits beschriebene Werkzeug 101-103 verwendet. Dieses Werkzeug 101-103 weist die beschriebene Außenhülle 101 zur Aufnahme des Stators 11, sowie den beschriebenen Werkzeugkern 102 auf. Sein erster Endbereich sowie Mittelbereiche des Werkzeugkerns 102, welche die elastische Hülle 104 aufweisen, befinden sich zum Herstellen der Kunststoffhülle 30 vollständig innerhalb der Außenhülle 101 des Werkzeugs, und ein dem ersten Endbereich gegenüberliegender zweiter Endbereich ragt aus der Außenhülle 101 des Werkzeugs heraus. Der Mittelbereich ragt zumindest teilweise aus der Außenhülle 101 heraus, so dass die elastische Hülle 104 mit dem Werkzeug nach radialer Expansion dichtend abschließt.
  • Das Herstellungsverfahren des Stators 11 mit ihn mindestens am Außendurchmesser umgebender Kunststoffhülle 30 unter Verwendung des beschriebenen Werkzeugs 101-103 wird nun anhand von 7 bis 11 beschrieben. In einem ersten Schritt S1 (7) wird der Stator 11 in die Außenhülle 101 des mehrteiligen Werkzeugs 101-103 eingebracht und der mit der elastischen Hülle 104 umgebene Werkzeugkern 102 wird in das Innere des Stators 11 eingeführt, wobei ein Teil davon aus der Außenhülle 101 weiterhin herausragt. Dieser Teil ist mindestens der Teil mit dem Bedienelement 103. In einem zweiten Schritt S2 wird die Außenhülle 101 geschlossen (siehe 8, Pfeile). Dabei verbleibt in dem Bereich, in dem der Werkzeugkern 102 in den Stator 11 eingeführt ist, ein Abstand zwischen (noch nicht expandiertem) Werkzeugkern 102 und Außenhülle 101. Dieser Abstand entspricht dem Verfahrweg, wenn der Werkzeugkern 102 expandiert wird. Erst dann dichtet die Außenhülle 101 auch an der elastischen Hülle 104 derart ab, dass alle Bereiche des Werkzeugkerns 102 innerhalb der Außenhülle 101 mediendicht abgedichtet sind. In einem dritten Schritt (9) S3 wird der Werkzeugkern 102 radial expandiert und schließt damit auch an die Außenhülle 101 im Bereich, in dem der Werkzeugkern 102 eingeführt ist, an. Nach diesem Schritt S3 ist der Stator 11 vollständig innerhalb der Außenhülle 101 und nach außen hin mediendicht abgeschlossen. In einem vierten Schritt ( 10) S4 erfolgt eine Injektion eines flüssigen Kunststoffs in das Werkzeug, genauer über die Einlässe 200 durch die Einlasskanäle 201 der Außenhülle 101 in den Hohlraum zwischen Außenhülle 101 und Außendurchmesser des Stators 11. In diesem Schritt S4 erfolgt auch das Aushärten bzw. Erstarren des Kunststoffs. In einem fünften Schritt S5 wird nach dem Aushärten das Bauteil (der mit der Kunststoffhülle 30 nunmehr umgebene Stator 11) entformt, indem die Außenhülle 101 geöffnet wird, wobei dies vor oder nachdem der Werkzeugkern 102 in einen geschlossenen Zustand komprimiert wurde, oder auch gleichzeitig, erfolgen kann (11). Erst dann wird der Werkzeugkern 102 aus dem Inneren des Stators 11 entfernt (nicht gezeigt).
  • Der Begriff Einbringen umfasst auch, dass die Außenhülle 101 über den Stator 11 aufgebracht wird. Zwischen Stator 11 und Außenhülle 101 ist in jedem Schritt des Verfahrens ein Abstand, um den Transfer Molding Prozesses, also ein Umspritzen bzw. Umgießen mit dem Kunststoff, welcher in der Regel ein Duroplast ist, zu ermöglichen.
  • Der beschriebene Stator 11 mit ihn mindestens am Außendurchmesser umgebender Kunststoffhülle 30 wird vorteilhaft als Stator 11 in einem Elektromotor 10 verwendet und nimmt hierfür einen Rotor 12 auf, wie in 1 angedeutet. Der Elektromotor 10 mit Stator 11 und Rotor 12 weist außerdem eine Kühlung 13 auf und befindet sich vorteilhaft in einem Gehäuse 14, wie in 1 gezeigt. Die Kühlung 13 ist dabei beispielsweise als am Stator 11 anliegendes Kühlgehäuse mit darin befindlicher Kühlflüssigkeit vorgesehen. Durch den mehrteiligen Werkzeugkern 102 können nunmehr nicht nur das Statorblech 111, sondern auch die Wicklungen 112 durch die Kühlung 13 gekühlt werden. Somit wird die Kühlung des Elektromotors 10 verbessert und eine Abdichtung des Kühlsystems erreicht.
  • Bereitgestellt wird außerdem, wie in 12 gezeigt, ein elektrischer Antrieb 2, umfassend einen elektrischen Achsantrieb, für ein Kraftfahrzeug 1, aufweisend den Elektromotor 10, sowie ein Kraftfahrzeug 1, aufweisend den elektrischen Antrieb 2.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kraftfahrzeug
    10
    Elektromotor
    11
    Stator
    111
    Statorblech
    112
    Wicklungen
    12
    Rotor
    13
    Kühlung
    14
    Gehäuse
    30
    Kunststoffhülle
    101
    Außenhülle
    102
    Werkzeugkern
    1021
    Öffnung nach radialem Expandieren
    103
    Endstück außerhalb Werkzeug; Bedienelement
    104
    elastische Hülle
    200
    Einlässe von außen für flüssigen Kunststoff
    201
    Einlasskanäle für flüssigen Kunststoff
    S1-S5
    Verfahrensschritte

Claims (11)

  1. Werkzeugkern (102) eines mehrteiligen Werkzeugs (101-103) zum Herstellen einer einen Stator (11) eines Elektromotors (10) umgebenden Kunststoffhülle (30), wobei das Werkzeug (101-103) mindestens den in das Innere des Stators (11) einzuführenden Werkzeugkern (102) und eine Außenhülle (101) aufweist, in welche der Stator (11) einzubringen ist, und wobei der Werkzeugkern (102) einen vorgegebenen maximalen Durchmesser in einem geschlossenen Zustand aufweist und dazu eingerichtet ist, in das Innere des Stators (11) eingeführt zu werden, und wobei der maximale Durchmesser des Werkzeugkerns (102) in dem geschlossenen Zustand kleiner ist als ein Innendurchmesser des Stators (11), so dass nach Einführen ein vorgegebener Abstand zwischen Werkzeugkern (102) und Innerem des Stators (11) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkern (102) mehrteilig derart ausgeführt ist, dass er von dem geschlossenen Zustand bis zu einem Zustand radial expandierbar ist, in dem er einen Durchmesser erreicht hat, in dem zumindest Teile davon mit dem Inneren des Stators (11) in Kontakt sind, und wobei über seinen Außenumfang und an einem ersten Endbereich davon, welcher sich zum Herstellen der Kunststoffhülle (30) innerhalb der Außenhülle (101) des Werkzeugs (101-103) befindet, eine durchgängige, elastische Hülle (104) angeordnet ist, so dass die beim Herstellen der Kunststoffhülle innerhalb der Außenhülle (101) des Werkzeugs (1010-103) befindlichen Bereiche des Werkzeugkerns (102) in allen Zuständen des Werkzeugkerns (102) eine geschlossene Außenkontur aufweisen.
  2. Werkzeugkern (102) nach Anspruch 1, der derart gebildet ist, dass nach radialer Expansion - der Werkzeugkern (102) an dem Inneren des Stators (11) vollflächig anliegt, so dass das Innere des Stators (11) nicht von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann, oder - der Werkzeugkern (102) an dem Inneren des Stators (11) derart anliegt, dass zumindest ein Teilbereich des Inneren des Stators (11) von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann, oder - ein Abstand zwischen Innerem des Stators (11) und Werkzeugkern (102) verbleibt, so dass das Innere des Stators (11) vollständig von dem Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle umgeben werden kann.
  3. Werkzeugkern (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elastische Hülle (104) - eine Elastomerhülle ist, welche derart gebildet ist, dass sie nicht am Kunststoff zur Bildung der Kunststoffhülle anhaftet, oder - eine Polymerfolie ist, die nach dem Umspritzen vom Werkzeugkern (102) gelöst ist und am Stator (11) anhaftet.
  4. Werkzeugkern (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser des Werkzeugkerns (102) in allen Bereichen, die sich innerhalb des Stators (11) befinden, der Kontur des Inneren des Stators (11) entspricht.
  5. Werkzeugkern (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Endbereich ein Bedienelement (103) aufweist, das dazu eingerichtet ist, die radiale Expansion sowie das Komprimieren in den geschlossenen Zustand auszuführen.
  6. Werkzeug (101-103), aufweisend eine Außenhülle (101) zur Aufnahme des Stators (11), sowie den Werkzeugkern (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Endbereich sowie Mittelbereiche des Werkzeugkerns (102), welche die elastische Hülle (104) aufweisen, sich zum Herstellen der Kunststoffhülle (30) vollständig innerhalb der Außenhülle (101) des Werkzeugs (101-103) befinden, und ein dem ersten Endbereich gegenüberliegender zweiter Endbereich aus der Außenhülle (101) des Werkzeugs (101-103) herausragt, wobei der Mittelbereich zumindest teilweise aus der Außenhülle (101) herausragt, so dass die elastische Hülle (104) mit dem Werkzeug (101-103) nach radialer Expansion dichtend abschließt.
  7. Verfahren zur Herstellung einer einen Außendurchmesser eines Stators (11) eines Elektromotors (10) umgebenden Kunststoffhülle (30) unter Verwendung eines Werkzeugs (101-103) nach Anspruch 6, wobei - in einem ersten Schritt (S1) der Stator (11) in die Außenhülle (101) eingebracht wird und der Werkzeugkern (102) in das Innere des Stators (11) eingeführt wird, und - in einem zweiten Schritt (S2) die Außenhülle (101) geschlossen wird und mit der elastischen Hülle (104) derart abdichtet, dass alle Bereiche des Werkzeugkerns innerhalb der Außenhülle (101) von der elastischen Hülle (104) abgedichtet sind, wobei in dem Bereich, in dem der Werkzeugkern (102) in den Stator (11) eingeführt ist, ein Abstand zwischen Werkzeugkern (102) und Außenhülle (101) verbleibt, - in einem dritten Schritt (S3) der Werkzeugkern (102) so weit radial expandiert wird, dass er auch in dem Bereich, in dem der Werkzeugkern (102) in den Stator (11) eingeführt ist, mit der Außenhülle (101) abdichtet, und - in einem vierten Schritt (S4) eine Injektion eines flüssigen Kunststoffs in das Werkzeug (101-103) erfolgt, bis der Kunststoff alle freien Bereiche innerhalb der Außenhülle (101) füllt, sowie ein Aushärten des Kunststoffs erfolgt, und - in einem fünften Schritt (S5) nach dem Aushärten der mit der Kunststoffhülle (30) umgebene Stator (11) entformt wird, indem das Werkzeug (101-103) geöffnet und der Werkzeugkern (102) in einen geschlossenen Zustand komprimiert wird, und wobei der mit der Kunststoffhülle (30) umgebene Stator (11) aus dem Inneren des Stators (11) entfernt wird.
  8. Stator (11) mit umgebender Kunststoffhülle (30) eines Elektromotors (10), wobei die Kunststoffhülle (30) mittels dem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt ist.
  9. Elektromotor (10), aufweisend zumindest einen Rotor (12) und einen Stator (11) nach Anspruch 8, sowie eine Kühlung (13), die derart gebildet ist, dass sie an dem mit der Kunststoffhülle (30) umgebenen äußeren Bereich des Stators (11) geführt ist.
  10. Elektrischer Antrieb (2), umfassend einen elektrischen Achsantrieb, für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Elektromotor (10), der nach Anspruch 9 ausgebildet ist.
  11. Kraftfahrzeug (1), aufweisend einen elektrischen Antrieb (2) nach Anspruch 10.
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US20180065285A1 (en) 2015-05-08 2018-03-08 Kuroda Precision Industries Ltd. Resin filling device and resin filling method for magnet embedded core
DE102020000697A1 (de) 2019-02-05 2020-08-06 Fanuc Corporation Vorrichtung zur herstellung eines rotorkerns, verfahren zur herstellung eines rotorkerns und rotorkonstruktion

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