DE202016105237U1

DE202016105237U1 - Elektromechanisches Verbundbauteil

Info

Publication number: DE202016105237U1
Application number: DE202016105237.8U
Authority: DE
Original assignee: MS Schramberg Holding GmbH
Current assignee: MS Schramberg Holding GmbH
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2016-10-07
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: EP3516668A1; US20190244751A1; WO2018054679A1

Abstract

Elektromechanisches Verbundbauteil (1) mit einer Hülse (2) und einer darin angeordneten, aus pulverförmigem Material mit magnetischen Teilchen gepressten Magnetanordnung und mindestens einem, die Hülse (2) stirnseitig dicht abschließenden Deckel (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung kraftschlüssig in der Hülse (2) festgelegt ist, indem ein aus dem magnetischen Material gepresster Formkörper unter Gleitreibung in die Hülse (2) eingesetzt ist und durch sein Entspannen eine kraftschlüssige Pressverbindung in der Hülse (2) bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Verbundbauteil mit einer Hülse und einer darin angeordneten, aus pulverförmigem Material mit magnetischen Teilchen gepressten Magnetanordnung und mindestens einem, die Hülse stirnseitig dicht abschließenden Deckel.
Ein elektromechanisches Verbundbauteil dieser Art, und zwar in Form eines Rotors für einen Elektromotor, ist in der DE 20 2008 017 587 U1 angegeben. Bei diesem bekannten Rotor ist ein gesinterter Permanentmagnet in eine Umkapselung eingebracht, welche einen zylinderförmigen Hüllabschnitt in Form einer Hülse und an dieser stirnseitig abgedichtet angebrachte Abschlussteile aufweist. Der Permanentmagnet ist auf einer Welle angebracht, welche abgedichtet durch Wellendurchführungen der Abschlussteile geführt ist. Sämtliche Übergänge zwischen dem Hüllabschnitt und den Abschlussteilen sind dicht abgeschlossen, beispielsweise verschweißt, verlötet oder verpresst und/oder mit einer Dichtmasse, z. B. Paste oder Kleber versehen.
Die WO 2013/110755 A1 zeigt ein Verfahren zum Auskleiden der Innenfläche eines Hohlkörpers in Form einer Hülse mit einem aus pulverförmigem, mit einem Bindemittel versehenen Material gepressten magnetischen Formkörper und ein entsprechend hergestelltes Funktionsteil. Eine Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, dass der gepresste Formkörper ohne weitere Hilfsmittel in dem hülsenförmigen Hohlkörper durch sein Entspannen nach dem Pressvorgang und Einfügen in den Hohlkörper kraftschlüssig in diesem festgesetzt ist.
Weitere Verbundbauteile, insbesondere Rotoren, mit in einer zylinderförmigen Umkapselung angeordnetem Permanentmagnet sind in der DE 196 17 134 A1 , der EP 0 243 187 A2 , der US 3 968 390 A , der DE 103 14 394 B4 und der DE 11 2006 002 084 T5 gezeigt, wobei diese Druckschriften unterschiedliche Bauformen offenbaren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Verbundbauteil, wie einen Rotor für eine elektrische Maschine, bereitzustellen, welches durch seine Aufbauweise mit möglichst wenig Aufwand vielfältige Ausgestaltungsvarianten ermöglicht, wobei eine zuverlässige Funktionsweise erreicht wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Magnetanordnung kraftschlüssig in der Hülse festgelegt ist, indem ein aus dem magnetischen Material gepresster Formkörper unter Gleitreibung in die Hülse eingesetzt ist und durch sein Entspannen eine Pressverbindung in der Hülse bewirkt.
Das so hergestellte Verbundbauteil bildet eine kompakte Baueinheit mit kraftschlüssig eingefügtem und in der Hülse festgelegtem Permanentmagnet beziehungsweise einer Magnetanordnung. Eingehende Untersuchungen und Erprobungen der Erfinder haben gezeigt, dass das Verbundbauteil auch unter widrigen Einsatzbedingungen hohe Funktionsanforderungen dauerhaft erfüllt. Durch den dichten Abschluss mit den stirnseitigen Deckeln ist der Permanentmagnet auch in aggressiver Atmosphäre wie Flüssigkeit oder Gas geschützt untergebracht. Durch das direkte Einfügen des Magnetkörpers in die Hülse lässt sich bereits bei der Herstellung eine präzise Abstimmung von Umkapselung mit Hülse und Deckeln und gegebenenfalls einer eingefügten Achse oder Welle in Verbindung mit dem Magnetkörper beziehungsweise der Magnetanordnung erreichen, wodurch ein Auswuchten vermieden und ein exakter Rundlauf erreicht werden kann. Die Herstellungsweise durch Einfügung und kraftschlüssige Festlegung der Magnetanordnung ohne Kleben ermöglicht auch eine dünnwandige Magnetgeometrie sowie auch sehr dünne Hülsenwandstärken von vorzugsweise unter 0,5 mm und sogar unter 0,2 mm. Auch können unterschiedliche Magnetmaterialien und z. B. isotrope oder anisotrope NdFeB-Magnetmaterialien für die Herstellung verwendet werden. Für die gegebenenfalls eingesetzte Achse kommen metallische oder keramische Materialien in Betracht. Der genannte Aufbau ermöglicht vorteilhaft eine genau steuerbare bzw. regelbare Fertigung und ergibt durch die unmittelbare Einfügung des Formkörpers in die Hülse eine genau auf die gewünschten Eigenschaften des fertigen Verbundbauteils abgestimmte Herstellungsweise unter Einhaltung sehr geringer Toleranzen, da keine zusätzliche Klebeschicht für die Fertigung eingebracht ist wie bei herkömmlichen Einklebetechniken bzw. keine zusätzlichen Schritte durchgeführt werden müssen, wie Aufwärmen eines Formkörpers und Einsetzen des aufgewärmten Formkörpers.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine für eine präzise Fertigung und Funktion vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Wandstärke der Hülse höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm beträgt.
Eine für bestimmte Einsatzzwecke weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass konzentrisch durch die Hülse (2) und die Magnetanordnung eine Achse (5) geführt ist, die durch den mindestens einen Deckel (6) verläuft.
Zu einer dauerhaft guten Funktion auch in chemisch oder physikalisch ungünstiger Umgebung tragen die Maßnahmen bei, dass der mindestens eine Deckel (6) flüssigkeitsdicht an der zugeordneten Stirnseite der Hülse (2) und der gegebenenfalls vorhandenen Achse (5) und durch Umbördeln an der Hülse (2) festgelegt ist.
Für die Herstellung und Funktion vorteilhafte Maßnahmen bestehen darin, dass der mindestens eine Deckel (6) flüssigkeitsdicht an der zugeordneten Stirnseite der Hülse (2) und gegebenenfalls der Achse (5) angeschweißt ist, insbesondere durch Laserschweißen, und ferner darin, dass der mindestens eine Deckel (6) durch Anspritzen oder Umspritzen an der Hülse (2) und gegebenenfalls der Achse (5) festgelegt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten bestehen darin, dass die Hülse (2) aus Metall oder Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff oder einem kohlenstoffverstärkten Kunststoff besteht.
Für unterschiedliche Einsatzzwecke kann ferner vorgesehen sein, dass die Achse aus Metall oder Keramik besteht.
Für verschiedene Anwendungszwecke günstige Ausgestaltungsvarianten ergeben sich auch dadurch, dass die Magnetanordnung einen zylinderförmigen Magnetkörper (3) mit vollflächigem oder kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich dadurch, dass konzentrisch in dem Magnetkörper (3) ein Füllkörper eingebracht ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A ein erstes Ausführungsbeispiel für ein elektromechanisches Verbundbauteil, wie etwa für einen Rotor einer elektrischen Maschine, mit einer in einer Hülse eingefügten Magnetanordnung in Form eines dünnwandigen Permanentmagneten in perspektivischer, einseitig offener Darstellung,
1B ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verbundbauteil mit in einer dünnwandigen Hülse eingesetzter Magnetanordnung und einer zentralen Achse in perspektivischer Ansicht,
2A ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verbundbauteil mit in einer Hülse eingesetzten Magnetanordnung, stirnseitigen Deckeln und einer zentralen Achse in perspektivischer Ansicht
2B ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Verbundbauteil mit in einer Hülse eingesetzter Magnetanordnung, stirnseitigen Deckeln und einer zentralen Achse in perspektivischer Ansicht und
3 ein Verbundbauteil in auseinandergenommenem Zustand.
Die 1A zeigt ein Verbundbauteil 1 mit einer zylinderförmigen Hülse 2, in die ein Magnetkörper 3 einer Magnetanordnung eingesetzt ist und die auf ihrer einen (in der Figur hinteren) Stirnseite mit einem Deckel, hier in Form eines Bodens 7, abgeschlossen und auf ihrer anderen (vorliegend vorderen) Stirnseite offen ist. Der Boden 7 weist eine zentrale, zur Hülse 2 konzentrische Durchführöffnung für eine Achse 5 beziehungsweise Welle auf, wie sie z. B. für den Aufbau eines Rotors einer elektrischen Maschine eingesetzt wird. Der Boden 7 kann einstückig an der Hülse 2 angeformt oder als separates Bauteil in Form eines Deckels 6 aufgesetzt (vgl. auch 3) und dicht mit dem betreffenden stirnseitigen Rand der Hülse 2 verbunden sein. Entsprechend wird auch die vordere Stirnseite mit einem Deckel 6 versehen, der an dem zugeordneten stirnseitigen Rand der Hülse 2 dicht angebracht wird. Ist eine Achse 5 eingesetzt, so erfolgt auch zwischen dem Boden 7 beziehungsweise Deckel 6 und der Achse 5 eine dichte Verbindung, so dass z. B. bei Verwendung in einer Flüssigkeit diese nicht in das Innere der Hülse 2 eindringen und den Magnetkörper 3 beschädigen kann.
Der Magnetkörper 3 ist durch Fügen entsprechend dem in der eingangs genannten Druckschrift WO 2013/110755 A1 näher erläuterten Verfahren in die Hülse 2 eingefügt und besteht aus einem gepressten Formkörper aus pulverförmigen Material mit darin verteilten magnetischen Teilchen, wobei der in einer Matrize gepresste Formkörper mit exakter Anpassung unter Gleitreibung in die Hülse eingeschoben und nach Positionierung im Inneren der Hülse 2 an der Innenfläche derselben durch sein Entspannen sich kraftschlüssig festpresst, ohne dass eine zusätzliche Klebeschicht verwendet werden muss. Auch ist für die kraftschlüssige Pressverbindung keine Erwärmung erforderlich. Der gepresste Formkörper kann dabei einen ringförmigen oder vollflächigen, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen und ist in seinem Außenumfang an den Innenumfang der Hülse 2 angepasst. Ist der Querschnitt des Formkörpers ringförmig, kann in seinen Innenraum ein Füllkörper beziehungsweise Innenkörper 4 eingepasst sein (vgl. auch 3).
Der gepresste Formkörper ist z. B. um den Faktor 2 bis 3 gegenüber seinem losen Füllzustand in der Matrize axial zusammengedrückt, wobei der Faktor bzw. der Pressdruck je nach Material-Zusammensetzung gewählt und auch außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Infolge der Pressdichte entspannt sich der Formkörper in der Hülse 2 nach Entfernen des oder der Presswerkzeuge („Aufatmen“) und ist dann mit hoher Haltekraft direkt an der Innenfläche der Hülse 2 festgesetzt. Zusätzlich können an der Innenfläche der Hülse 2 griffige Strukturen zum Verkrallen oder Verhaken vorgesehen sein.
Das so durch Fügen des Formkörpers aus dem magnetischen Material in die Hülse 2 gebildete Verbundbauteil 1 wird mittels der beiderseitigen stirnseitigen Deckel 6 beziehungsweise einem Deckel 6 und dem Boden 7 dicht abgeschlossen, wie die Ausführungsbeispiele nach den 2A und 2B zeigen. Beispielsweise können der oder die Deckel 6 gemäß 2A dicht an die mit dem Magnetkörper 3 beziehungsweise der Magnetanordnung versehene Hülse 2 angespritzt werden oder umfangseitig an den betreffenden stirnseitigen Rändern der Hülse 2 angeschweißt werden.
Eine vorteilhafte Verbindungsweise stellt des Weiteren eine Umbördelung zwischen dem Randbereich des beziehungsweise der Deckel 6 und den stirnseitigen Randbereichen der Hülse 2 dar. Hierzu werden axial nebeneinander verlaufende Randbereiche von Hülse 2 und Deckel 6 miteinander oder einer über den anderen um 180° einfach oder mehrfach gegebenenfalls unter Zwischenfügung einer Dichtmasse umgebogen.
Wie 1B zeigt, kann in den Magnetkörper 3, soweit dieser im Querschnitt ringförmig ausgebildet ist, ein Innenkörper 4 bereits bei der Herstellung des gepressten Formkörpers in der Matrize oder später, nach Einschieben des Formkörpers in die Hülse 2, eingesetzt werden. Der Innenkörper 4 kann separat auf die Achse 5 aufgesetzt und auf dieser befestigt oder einstückig bzw. integral mit dieser ausgebildet sein, wie auch aus 3 ersichtlich.
Die Achse 5 beziehungsweise Welle kann entsprechend bereits bei der Herstellung des gepressten Formkörpers in der Matrize oder später nach Einfügen des Formkörpers in die Hülse 2 eingesetzt werden.
Die Wandung der Hülse 2 besteht vorzugsweise aus nichtmagnetischem beziehungsweise nichtmagnetisierbarem Material, wobei ein metallisches oder nichtmetallisches Material, wie z. B. GFK oder CFK verwendet werden können.
Durch die dünnwandige Ausbildung der Hülse 2 kann beim Fügeprozess, insbesondere beim Entspannen des Formkörpers unter Ausdehnung („Aufatmen“) auch eine gewisse Dehnfähigkeit der Wandung genutzt werden, die dann durch eine nach innen gerichtete Wirkung elastischer Kräfte die kraftschlüssige Verbindung und den kompakten Aufbau des Verbundbauteils unterstützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008017587 U1 [0002]
WO 2013/110755 A1 [0003, 0024]
DE 19617134 A1 [0004]
EP 0243187 A2 [0004]
US 3968390 A [0004]
DE 10314394 B4 [0004]
DE 112006002084 T5 [0004]

Claims

Elektromechanisches Verbundbauteil (1) mit einer Hülse (2) und einer darin angeordneten, aus pulverförmigem Material mit magnetischen Teilchen gepressten Magnetanordnung und mindestens einem, die Hülse (2) stirnseitig dicht abschließenden Deckel (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung kraftschlüssig in der Hülse (2) festgelegt ist, indem ein aus dem magnetischen Material gepresster Formkörper unter Gleitreibung in die Hülse (2) eingesetzt ist und durch sein Entspannen eine kraftschlüssige Pressverbindung in der Hülse (2) bewirkt.
Verbundbauteil nach A1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Hülse (2) höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm beträgt.
Verbundbauteil nach A1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch durch die Hülse (2) und die Magnetanordnung eine Achse (5) geführt ist, die durch den mindestens einen Deckel (6) verläuft.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Deckel (6) flüssigkeitsdicht an der zugeordneten Stirnseite der Hülse (2) und der gegebenenfalls vorhandenen Achse (5) und durch Umbördeln an der Hülse (2) festgelegt ist.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Deckel (6) flüssigkeitsdicht an der zugeordneten Stirnseite der Hülse (2) und gegebenenfalls der Achse (5) angeschweißt ist, insbesondere durch Laserschweißen.
Verbundteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Deckel (6) durch Anspritzen oder Umspritzen an der Hülse (2) und gegebenenfalls der Achse (5) festgelegt ist.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) aus Metall oder Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärktem Kunststoff oder einem kohlenstoffverstärkten Kunststoff besteht.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse aus Metall oder Keramik besteht.
Verbundbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung einen zylinderförmigen Magnetkörper (3) mit vollflächigem oder kreisringförmigen Querschnitt aufweist.
Verbundbauteil nach A8, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch in dem Magnetkörper (3) ein Füllkörper eingebracht ist.