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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stator-/Rotorvorrichtung für Elektromotoren mit zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtung/en, wobei die Stator-/Rotorpaketeinrichtung/en als zu einer Drehachse rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist/sind mit jeweils übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen, die Einzelbleche eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungeinrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und jeweils zwischen den Polschuhen Wickelnute jeweils mit einem Nuteingang vorhanden sind, zumindest die Innenumfangskontur jeder Wickelnut und die Ober- und Unterseite der Polschuhe eine elektrisch isolierende, insbesondere gespritzte, Kunststoffschicht aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Stator-/Rotorvorrichtungen mit Stator-/Rotorpaketeinrichtungen beziehungsweise Segmenten von Elektromotorkompenten werden im Stand der Technik in einer Ausführungsvariante im Spritzgießverfahren mit Kunststoff umspritzt. Die umspritzte Kunststoffschicht erfüllt dabei die Hauptanforderungen, die Isolation von stromführenden Komponenten zu metallischen Bau- oder Gehäuseteilen zu gewährleisten. Zusätzlich können mit dem Spritzgießverfahren in der Formgebung Konturen erzeugt werden, die den späteren Herstellprozess des Motors unterstützen und wesentlich vereinfachen. Durch den Umspritzvorgang können daher später einzelne Montageschritte eingespart werden.
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Ein derartiger Stator ist in den 30 bis 32 dargestellt. Die bekannte Statorvorrichtung weist ein Paket 10 (Statorpaketeinrichtung) aus gestanzten oder gelaserten Einzelblechen 12 mit einer jeweils entsprechenden Kontur auf, die kongruent übereinander gestapelt und dann zusammengefügt werden. Die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 ist als zu einer als Drehachse D rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet und besteht wie erwähnt aus übereinander kongruent gestapelten Einzelblechen 12. Die Einzelbleche 12 weisen eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung U in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungeinheiten auf, die die im übereinander gestapelten Zustand im dargestellten Ausführungsbeispiel nach innen weisende Polschuhe 14 bilden, die nachfolgend von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind (in den 30 bis 32 nicht dargestellt). Jeweils zwischen den Polschuhen 14 sind Wickelnute 16 vorhanden, wobei im Endzustand unter anderem die Innenumfangskontur jeder Wickelnut 16 eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht 30 aus thermoplastischen oder duroplastischen Material aufweist (siehe 31). In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform können die Polschuhe 14 auch nach außen weisen.
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Diese Einzelbleche 12 werden in vielen Fällen aus Blechdicken von 0,12 bis 0,50 mm gefertigt, im Motorenbau finden in Abhängigkeit von der Motorengröße und Motorenart auch dickere Bleche Verwendung. Um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu gewährleisten, stehen hierfür Bleche 12 aus speziellem Stahl-/Eisenlegierungen mit bestimmten elektromagnetischen Eigenschaften zur Verfügung. Die aufgerollten Blechstreifen (Coils) mit entsprechender Dicke werden beispielsweise durch ein Stanzwerkzeug geführt und dabei Einzelbleche 12 mit entsprechenden Konturen ausgestanzt. Es sind auch andere Herstellverfahren wie beispielsweise Lasern oder dergleichen Schneidverfahren bekannt.
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In parallel dazu verlaufenden Prozessen werden diese ausgestanzten Einzelbleche 12 gestapelt und durch verschiedene mögliche Fügeprozesse zu einem stabilen Paket 10 gefügt. Es ist jedoch auch möglich, dass lose gestapelte Einzelbleche 12 in der Weiterverarbeitung Anwendung finden. Bei der losen Weiterverarbeitung werden je nach gewünschter Pakethöhe eine bestimmte Anzahl Einzelbleche 12 (loser Stapel) abgegriffen und im nachfolgenden Prozess zu einem zusammenhängenden Körper gefügt.
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Die Verarbeitung von Einzelblechstapeln macht insbesondere im Spritzgießverfahren Sinn, da erst der eingespritzte und bereits erstarrte Kunststoff dem Blechstapel eine starre Paketstruktur verleiht. Alternativ ist es auch bekannt, dass lose Blechstapel vor dem Umspritzen oft durch zusätzliche Arbeitsgänge zum Beispiel in verschiedenen Verschweißverfahren zu einem stabilen Körper gefügt werden.
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Bevor die Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10 mit Kupferdraht bewickelt werden können, ist eine isolierende Schicht zwischen Kupferdraht und der blanken Metalloberfläche der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 erforderlich (die umwickelten Kupferdrähte sind in den 30 bis 32 nicht dargestellt).
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Vor der Einführung der Kunststoffspritztechnologie wurden im Rahmen der Elektromotorenfertigung anstelle der isolierenden Kunststoffschicht isolierende papierartige Werkstoffe eingesetzt, die auch heute noch in technisch ausgereifter Form verwendet werden. Hierbei wird ein der Wickelnut angepasster und angeformter Konturabschnitt dieses Isolationspapiers in jede Wickelnut eingeschoben. Das Papiermaterial übernimmt die Aufgabe der Isolation in der Wickelnut auf der gesamten Pakethöhe. Dabei sind der Länge des Papierstreifens in der Herstellung theoretisch keine Grenze gesetzt. Das bedeutet, dass die Wickelnut eines extrem hohen Motors isoliert werden könnte. Die Verwendung von Isolationspapier eröffnet auch die Möglichkeit eine sehr geringe Isolationsdicke umzusetzen. Die Dicke der Isolationsschicht ist wesentlich, da je dünner die Isolationsschicht ausgebildet ist, desto mehr Kupferdrähte können umwickelt werden, um damit den Füllgrad und dadurch die Leistung des Motors zu erhöhen. Diese beiden wesentlichen Vorteile des Isolationspapiers stehen in starkem Wettbewerb zu anderen Herstellungs- oder Isolationsmethoden (zum Beispiel Pulverbeschichtung). Häufig werden die Stirnflächen eines derartigen Paketes oft mit spritzgegossenen Endscheiben aus Kunststoff abgedeckt. Danach erfolgt der eigentliche Wickelvorgang. Wie oben bereits ausgeführt ist eine Hauptanforderung beim Herstellungsvorgang, eine wirtschaftlich umsetzbare elektrische Isolierung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung. Dafür eignet sich auch ganz besonders das Spritzgießverfahren. Der Kunststoff übernimmt die Funktion der Isolation des Pakets zur Wicklung oder anderen stromführenden Elementen in der Motorenbaugruppe. Speziell wirkt die Kunststoffschicht als Isolationsschicht zwischen der Metalloberfläche des Blechpakets und der eingebrachten Kupferwicklung der Stromleitern, die als Profile oder als Drähte, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium oder anderen leitende Metalle, ausgebildet sein können.
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Zusätzlich und als wesentlicher Vorteil gegenüber der Papierisolation mit Endscheibentechnik erfüllt der eingespritzte Kunststoff die Funktion als Konstruktionswerkstoff für Funktions- oder Montageelemente am umspritzten Rohpaket. Sowohl die Isolation als auch die Funktionselemente werden beim Kunststoffspritzvorgang in einem Arbeitsgang angeformt. Der Anteil für nachfolgende Montagearbeiten reduziert sich dadurch maßgeblich, da die meisten isolierenden Elemente auch viele montageunterstützende Elemente in einem Arbeitsgang bereits mit angeformt sind.
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Ein Ziel der Kunststoffspritztechnik ist dabei, dass insbesondere Nutbereiche des Paketes, deren benachbarte Polschuhe nachfolgend mit Kupfer bewickelt werden, möglichst dünn mit Kunststoff ausgespritzt werden, um einen maximal großen Wickelraum für den Kupferdraht zu erreichen. Das bedeutet eine maximale Anzahl an Kupferwindungen, die in den Wickelnuten untergebracht werden können, um die Effizienz und den Wirkungsgrad des Elektromotors zu erhöhen. Ein weiterer vorteilhafter Effekt der umspritzten Isolierschicht ist der bessere Wärmeübergang (der Verlustenergie) während des Motorbetriebs vom Kupfer über den Kunststoff in das Paket, da kein Luftspalt zwischen Isolierung und Paketoberfläche vorhanden ist und zudem eine wärmeleitender Kunststoff eingesetzt werden kann.
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In bekannter Art und Weise werden die Stator-/Rotorpaketeinrichtungen oder Segmente der genannten Komponenten im Spritzgießverfahren hergestellt und in der Regel an einer Stirnseite des Pakets angespritzt. Diese Anspritzposition ergibt sich meist aus der Paketkontur und der Wandstärkengestaltung des Kunststoffes. Ein Grundsatz beim Spritzgießen ist, möglichst an Positionen mit großen Wandstärken anzuspritzen. Diese sind vorrangig an den Stirnseiten des Statorpaketes zu finden.
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Beim Herstellungsvorgang wird das Paket, welches auch Rohpaket genannt wird, in das offene Spritzgießwerkzeug eingelegt, danach wird das Spritzgießwerkzeug geschlossen. Jetzt wird der bereits in der Spritzgießmaschine aufgeschmolzene Kunststoff durch einen oder mehrere Angußpunkte in die Formkavität eingespritzt und füllt die konturgebenden Hohlräume der Kavität, die dem gewünschten Kunststoffdesign des umspritzten Pakets entsprechen. Nach dem Erstarren und Abkühlen des Kunststoffes wird das fertige Paket entformt.
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In der Spritzgießtechnik ist allgemein bekannt, dass der aufgeschmolzene Kunststoff während des Einspritzvorgangs beziehungsweise während seiner quellstromartigen Fortbewegung in der Kavität Wärme an die kalte Wand der Kavität abgibt. Dies hat weitreichende Nachteile zur Folge. Insbesondere Konturbereiche, wo die Schmelze steht und keine neue Schmelze beziehungsweise Wärme im Zentrum des Wandquerschnittes (plastische Seelen) nachfließt, erstarrt die Schmelze über die Wandstärke noch schneller. Das bedeutet, dass die Schmelze auf ihrem Weg durch die Kavität zunehmend an Temperatur verliert und dadurch die die Viskosität der Schmelze gleichzeitig ansteigt.
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Nach einem bestimmten Fließweg beziehungsweise nach entsprechender Zeit kommt bei dem bekannten Verfahren der Schmelzstrom ins Stocken, da in Teilbereichen der Kavität bereits kritisch niedrige Schmelztemperaturen erreicht sind. Grundsätzlich ist die so genannte maximale Fließweglänge von mehreren Faktoren abhängig:
- – Massetemperatur des Kunststoffs,
- – Viskosität eines Kunststoffes,
- – Füllstoffanteil und Füllstoffart des Kunststoffs,
- – Kunststoffwandstärke entlang des Fließweges,
- – Oberflächentemperaturen von Spritzgießwerkzeug und Paket/Segment (Einlegeteil),
- – verfügbarer Einspritzdruck der Spritzgießmaschine,
- – Einspritzgeschwindigkeit und
- – Wärmekapazität des Kunststoffes.
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Die bekannte einseitige/stirnseitige Anspritzung begrenzt die mögliche umspritzbare Pakethöhe wesentlich. Um bisher positiven Einfluss auf eine maximale Fließweglänge zu nehmen, wurde im Wesentlichen mit den oben genannten Faktoren gearbeitet, die entsprechend auf die jeweils vorhandene Einspritzsituation in Bezug auf die Geometrie des Pakets abgestimmt worden ist.
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In Hinblick auf den zunehmenden Anteil an Elektrofahrzeugen mit entsprechenden Leistungsanforderungen gewinnen zukünftig Elektromotoren mit Pakethöhen von > 100 mm zunehmend an Bedeutung.
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Mit den bisher bekannten Möglichkeiten des Spritzgießens können Pakethöhen dieser Größenordnung bei gleichzeitig minimaler Wandstärke im Wickelnutbereich kaum erreicht werden. Die Grenze dazu bildet im Wesentlichen die maximale Fließweglänge des Kunststoffes.
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Um diese physikalische Grenze der maximalen Fließweglänge bei den bekannten Verfahren zu umgehen, wurden bisher verschiedene Vorgehensweisen angewendet, um auch höhere Bauteile zu umspritzen, nämlich zum Beispiel Anspritzen von beiden Seiten des Paketes oder Anspritzen an mehreren Punkten entlang der Wickelnuten.
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In den genannten Fällen entstehen an mehreren Positionen des Paketes Fließfronten, die sich je nach Position in verschiedene Richtungen ausbreiten. Als Fließfront bezeichnet man die vorderste Position des sich ausbreitenden Quellstromes des Kunststoffes.
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Im Verlauf des Einspritzvorgangs stoßen diese Schmelzefronten aufeinander und verbinden sich mehr oder weniger gut miteinander, es entstehen Bindenähte. Insbesondere in dünnwandigen Kunststoffbereichen, wie beispielsweise der Wickelnut, ist die Bildung von Bindenähten als besonders kritisch anzusehen, da sich aufeinandertreffende Schmelzefronten kaum verbinden, da diese relativ kalt aufeinandertreffen. Dies hat zur Folge, dass bei einer nachfolgenden durchzuführenden Isolationsprüfung diese Positionen sehr stark durchschlagsgefährdet sind, da in diesem Bereich kein homogenes Kunststoffgefüge entsteht. In ungünstigen Fällen entstehen je nach Design des Kunststoffanteils durch ungünstiges Füllverhalten sogar Lufteinschlüsse. Lufteinschlüsse sind Kunststoff-Fehlstellen durch eingeschlossene, extrem komprimierte Luft aus der Formkavität. Dadurch entstehen kleine Löcher im Kunststoff. Bindenähte und Lufteinschlüsse sind im allgemeinen als Schwachstelle in der Spritzgießtechnik zu sehen. Gefügestrukturen und Faserorientierungen zeigen eine geringere Belastbarkeit. Bei mechanischer Beanspruchung zeigen sich Bindenähte oft als Sollbruchstelle, die die Funktion sehr stark beeinträchtigen oder zu einem Ausfall führen können. Bei elektrischer Belastung, beispielsweise im Rahmen von Hochspannungs- oder Durchschlagsprüfungen gibt es daher bei den bekannten Kunststoff umspritzten Paketen ein punktuelles Versagen der Isolationsschicht beziehungsweise der Kunststoffwand. Darüber hinaus wirken sich die entstehenden Bindenähte und Lufteinschlüsse auch negativ auf die geforderte Materialdichtheit aus. Insoweit steht das Bestreben, im Rahmen der geforderten dünnwandigen Wickelnutbereichen derartige Bindenähte und Lufteinschlüsse aus isolationstechnischer Sicht absolut zu vermeiden.
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In der industriellen Verarbeitung werden Blechpakete für Elektromotoren bei der Herstellung meist zu einteiligen Paketkörpern gefügt. Dabei werden die einzelnen Bleche durch spezielle Verbindungstechniken aneinander gefügt und zu einem zusammenhängenden Körper verarbeitet. Als Verbindungstechniken werden zum Beispiel Stanzpaktieren, Laserschweißen sowie verschiedene Klebetechniken wie das Fügen durch Backlack oder Cyan-Acrylat-Klebstoffen eingesetzt.
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Durch diese Fügeverfahren der Einzelbleche zu einem Paket entsteht ein mehr oder weniger großer Symetriefehler, der sich als Drall, Versatz oder Schrägstand vom unteren zum oberen Blech hin entwickelt. Durch diesen Formfehler lassen sich hohe Pakete zunehmend nur schwierig oder gar nicht in ein symmetrisch korrektes Spritzgießwerkzeug einlegen. Die Konturbereiche zur Aufnahme des Rohpaketes im Spritzgießwerkzeug lassen Symetrieabweichungen von Paketen nur in begrenzter Größe zu. Durch die Steifigkeit des Paketes ist keine flexible Anpassung an die formgebenden Kontur des Spritzgießwerkzeuges möglich, so dass es insbesondere beim Umspritzen hoher Statorpaketen zu Schwierigkeiten kommen kann.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, eine Stator-/Rotorvorrichtung mit Stator-/Rotorpaketeinrichtungen zur Herstellung von Elektromotoren zu ermöglichen, die erlaubt, großen Pakethöhen im Spritzgießverfahren umspritzen zu können, wobei gleichzeitig die gestellten mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen Berücksichtigung finden, bei der die im Stand der Technik bekannte Bindenaht- und Lufteinschlussproblematik weitestgehend vermieden werden kann, eine Verlängerung der Fließwege sowie eine wirtschaftliche Herstellung ermöglicht wird und gleichzeitig eine dauerhaft zuverlässige Funktion der Vorrichtung gewährleistet werden kann.
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Die erfindungsgemäße Stator-/Rotorvorrichtung für Elektromotoren ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Stator-/Rotorvorrichtung zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass im gestapelten Zustand der Einzelbleche/Stator-/Rotorpaketeinrichtungen zumindest ein in Längsrichtung der Stator-/Rotorvorrichtung verlaufender durchgehender Fließkanal im Bereich zumindest einer Wickelnut vorhanden ist, der mit der Kunststoffschicht in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut einspritzbar/eingespritzt ist.
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Eine konstruktiv besonders einfache und vorteilhaft umzusetzende Ausgestaltung, zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster Fließkanal in Verbindung eines während des Spritzgießvorgangs in der Wickelnut eingesetzten Formkerns dadurch gebildet wird, dass jedes Einzelblech an der Innenkontur zumindest einer Wickelnut zumindest eine zur Innenseite der Wickelnut hin offene Fließkanalausnehmung aufweist.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung, die qualitativ sehr gute und wirtschaftlich umzusetzende Lösungen gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass ein zweiter Fließkanal in Verbindung eines während des Spritzgießvorgangs in der Wickelnut eingesetzten Formkerns dadurch gebildet wird, dass der Nuteingang während des Spritzgießvorgangs als geschlossener Nuteingang ausgebildet ist.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung, die auch bei großen Größen der Motoren einen wirtschaftlichen Einsatz und besonders hohe Qualitäten ermöglicht, zeichnet sich dadurch aus, dass ein erster und ein zweiter Fließkanal vorhanden ist und über den ersten und/oder zweiten Fließkanal zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut Kunststoff einspritzbar ist.
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Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stator-/Rotorvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließkanalausnehmung jeweils eine konkave Umfangskontur oder polygonartige Umfangskontur oder gerundete, insbesondere teilkreisförmige Umfangskontur, aufweist.
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Besonders hohe Qualitätsanforderungen an die Isolierung werden mit einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erzielt, dass die Fließkanalausnehmung/en beziehungsweise der erste und/oder zweite Fließkanal an mehreren oder allen Wickelnuten vorhanden ist.
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Bevorzugt beträgt die maximale Tiefe der Fließkanalausnehmung ein ein- oder mehrfaches der Dicke der Kunststoffschicht.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung nur minimal beeinflusst, zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließkanalausnehmung beziehungsweise der Fließkanal an einen magnetisch nicht relevanten Teil der Innenkontur der Wickelnut, beispielsweise bevorzugt im Nutgrund der Wickelnut, angeordnet ist, so dass gleiche Fließweglängen realisierbar sind.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Stator-/Rotorvorrichtung, die insbesondere bezüglich der möglichen Pakethöhe der zu umspritzenden Bauteile besonders vorteilhaft ist, zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Stator-/Rotorpaketeinrichtung weiterhin zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech/e aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung aufweist/aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal bilden, der in den Fließkanal mündet und über den der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut einspritzbar ist.
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Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anspritzkanalausnehmung bei einem oder mehreren, übereinander angeordneten Einzelblech/en vorhanden ist.
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Die Anspritzkanalausnehmung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung jeweils gerade parallele Flanken aufweisen oder in einer alternativen Ausgestaltung konisch sich nach außen aufweitende oder verjüngende Flanken aufweisen.
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Im Hinblick auf ein besonders vorteilhaftes, wirtschaftlich umsetzbares Spritzgießverfahren zeichnet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch aus, dass der Anspritzkanal im oberen und/oder unteren Stirnrandbereich und/oder im mittleren Bereich der Stator-/Rotorpaketeinrichtung vorhanden ist.
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Zur Erzielung einer hohen Pakethöhe zeichnet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch aus, dass die Stator-/Rotorvorrichtung mehrere aufeinander gestapelte, insbesondere gleich- oder gegengestapelte, Stator-/Rotorpaketeinrichtungen aufweist, wobei sich eine alternative Ausgestaltung dadurch auszeichnet, dass bei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen ein oberer Anspritzkanal einer unteren Stator-/Rotorpaketeinrichtung kongruent zu einem unteren Anspritzkanal einer benachbarten oberen Stator-/Rotorpaketeinrichtung angeordnet ist.
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Durch das Übereinanderstapeln von mehreren, niederen Einzelpaketen zu einem hohen Gesamtpaket wird der Einfluss von Symmetriefehlern (Drall, Versatz oder Schrägstand) gering gehalten.
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Erfindungsgemäß sind die in das Spritzgießwerkzeug einzulegenden Pakete je nach Geometrie auch durch Stapeln von Einzelblechen herstellbar. Dabei entsteht im Aufbau des Paketstapels kein Symmetriefehler, da sich jedes Einzelblech flexibel der Aufnahmekontur des Spritzgießwerkzeugs anpassen kann. Hohe Blechstapel können somit ohne Klemmen ins Werkzeug eingelegt werden. Erfindungsgemäß kann je nach Schichtungskombination verschiedener Einzelbleche der Querschnitt, die Position und die Anzahl der Anspritzkanalebenen flexibel gestaltet werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination von Anspritzkanal mit Fließkanal lassen sich optimale Umspritzungergebnisse erzielen.
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Bei einer geraden Anzahl Paketstapel im Spritzgießwerkzeug teilt sich die Fließweglänge der Schmelze vom Anspritzpunkt aus gesehen in zwei nahezu gleichlange Strecken auf, da der Anspritzpunkt beziehungsweise die Anspritzpunkte über die vorhandenen Anspritzkanäle mittig am Gesamtpaket angeordnet werden können.
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Bei einer ungeraden Anzahl der Paketstapel sind die Fließwege in beide Richtungen ungleich lang verteilt. Im Vergleich zur einseitigen stirnseitigen Anspritzung sind die Fließwege dennoch wesentlich verkürzt. Die Fließweglängen müssen nicht gezwungenermaßen in beide Füllrichtungen gleich lang sein.
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Mit der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Stator-/Rotorvorrichtung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, die dünne Wandstärken der Kunststoffumspritzungsschicht und gleichzeitig große Fließwege und damit große Pakethöhen ermöglicht. Dabei werden erfindungsgemäß folgende wesentliche Merkmale eingesetzt:
Zur Vermeidung von Bindenähten und Lufteinschlüssen wird jeweils nur ein Fließkanal pro Polschuh verwendet.
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Durch die Fließkanalausnehmung und der dadurch ausgebildete (linienförmige) Fließkanal als bereichsweise Aufdickung der Wandstärke der Kunststoffschicht, insbesondere in magnetischen unrelevanten Konturbereichen der Nut, lassen sich sowohl bei einer Außenanspritzung als auch bei einer Innenanspritzung Spritzergebnisse erzielen, bei denen ein Aufeinandertreffen der Fließfronten weitestgehend vermieden wird und dadurch Lufteinschlüsse vermieden werden. Somit ist die Bindenaht- und Lufteinschlussproblematik weitestgehend ausgeschlossen.
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Durch das in Kombination mit der Ausbildung von Fließkanälen zu sehende Merkmal der Ausbildung von Anschlusskanalausnehmungen beziehungsweise Anspritzkanälen, die mit dem Fließkanal in Kommunikationsverbindung stehen, kann eine sehr große Höhe im Rahmen der zu umspritzenden Konturen durch übereinander stapeln von Paketen problemlos umgesetzt werden.
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Erfindungsgemäß werden hierbei bevorzugt folgende Maßnahmen durchgeführt. Das Rotor-/Statorpaket wird in einem magnetisch unrelevanten Bereich mit einem Fließkanal, gebildet durch die Fließkanalausnehmungen, die bei jedem Einzelblech vorhanden sind und durch kongruentes übereinander Anordnen den Fließkanals bilden, versehen. Dabei wird in einfacher Art und Weise der Fließkanal durch eine muldenartige Vertiefung im Blechpaket ausgebildet. Damit entsteht ein Kanal mit vergrößertem Querschnitt der Wandstärke. Dieser Kanal verläuft entlang der Füllrichtung des Kunststoffes.
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Während des Einspritzvorgangs unterstützt dieser Fließkanal das Füllen der Kavität beziehungsweise verbessert das Füllverhalten maßgeblich. Der Kanal kann in einer, mehreren oder allen Wickelnuten eingebracht sein. Somit begünstigt der Fließkanal eine bessere Füllbarkeit der Stator-/Rotorpaketeinrichtung durch die in Füllrichtung verlaufende Querschnittsvergrößerung. Durch den aufgedickter Wandstärkenbereich entlang des Fließweges im Fließkanal reduziert sich der Druckverlust durch reduzierte Fließweglänge mit geringer Wandstärke, da die Kunststoffmasse entlang des Fließkanals in die entsprechende Wandung austreten kann. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:
Es kann ein höheres Paket als bisher umspritzt werden, da größere Fließweglängen möglich sind, ohne das die Qualität der Kunststoffumspritzung darunter leidet. Gleichzeitig sind dünnere Kunststoffwandstärken im Wicklungshauptbereich umsetzbar. Ebenso sind reduzierte Spritzdrücke möglich. Auf das Vorwärmen von Paketen kann gegebenenfalls verzichtet werden. Grundsätzlich kann das Füllverhalten gezielt durch die erfinderischen Merkmale beeinflusst werden. Gleichzeitig wird durch die dargestellten Merkmale ein länger wirkender Nachdruck am Fließwegende ermöglicht, der die Qualität der Kunststoffumspritzungsschicht deutlich verbessert, da keine Kunststofffronten aufeinander treffen oder Lufteinschlüsse zu befürchten sind.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, die eine wirtschaftliche Herstellung mit hoher Prozesssicherheit gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kunststoffschicht aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff besteht.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den in den Ansprüchen ferner angegebenen Merkmalen sowie den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
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Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 schematische Perspektivdarstellung einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung mit nach innen gerichteten Polschuhen und nach innen offenen Wickelnutausnehmungen mit jeweils einem Fließkanal im Nutgrund der Wickelnut,
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2 schematische Perspektivdetaildarstellung eines Ausschnitts des Pakets gemäß 1 mit zwei Polschuhen und einer Wickelnut mit Fließkanal,
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3 schematische Draufsicht auf eine Stator-/Rotorpaketeinrichtung mit nach außen gerichteten Polschuhen und nach außen offenen Wickelnutausnehmungen mit jeweils einem Fließkanal im Nutgrund der Wickelnut, wobei zusätzlich oberseitig jeweils ein Anspritzkanal vorhanden ist, der mit dem jeweiligen Fließkanal in Kommunikationsverbindung steht,
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4 schematische Perspektivansicht der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 3,
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5 schematische Draufsicht auf ein Detail der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 3 mit Ausbildung eines Anspritzkanals im Nutgrund der Wickelnut,
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6 schematische Perspektivdarstellung des Details gemäß 5,
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7 schematische Perspektivdarstellung in Seitenansicht des Details gemäß 6,
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8 schematische Draufsicht auf ein Detail der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 3 mit Ausbildung eines Fließkanals im Nutgrund der Wickelnut,
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9 schematische Perspektivdarstellung des Details gemäß 8,
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10 schematische Detaildraufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Stator-/Rotoreinrichtung mit Anspritzkanalausnehmung und umspritzter Kunststoffschicht,
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11 schematische Detaildraufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Stator-/Rotoreinrichtung mit Ausbildung eines Fließkanals mit umspritzter Kunststoffschicht,
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12 schematische Detailperspektive eines Stator-/Rotorpaktes in Kombination von Fließkanal und Anspritzkanal
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13 schematische Detailperspektive einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung in Kombination von Fließkanal und Anspritzkanal gemäß 12 in einer anderen Perspektivrichtung,
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14 schematische Draufsicht auf die Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 3 mit dargestellter Angußkanaldüseneinrichtung, wobei beispielhaft in einer Nut ein Formkern angeordnet ist,
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15 schematische Draufsicht gemäß 14 bei entferntem Formkern und dargestellter Kunststoffumspritzungsschicht in einer Nut,
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16 Perspektivdarstellung zwei aufeinander gestapelter Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit einer Kunststoffeinspritzvorrichtung mit Düsen, die über einen Anspritzkanal mit anschließendem Fließkanal beaufschlagt werden, im aufgeschnittenen Zustand,
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17 perspektivische Darstellung der zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen gemäß 16,
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18 perspektivische Darstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtungen gemäß 17 bei entfernter oberer Stator-/Rotorpaketeinrichtung,
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19 weitere perspektivische Darstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 17 in einer seitlichen Ansicht,
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20 perspektivische Darstellung von drei aufeinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritzkanal und Fließkanal,
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21 schematische Perspektivdarstellung von vier übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritzkanal und Fließkanal,
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22 schematische Perspektivdarstellung von zwei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen, wobei jedes Paket unterseitig einen außenseitigen Angusskanal für jede Nut aufweist, die mit einem Fließkanal in Kommunikationsverbindung steht,
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23 schematische Ansicht der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 22 im Bereich des Anspritzkanals,
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24 schematische Perspektivdarstellung von zwei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen, wobei das untere Paket um 180° gedreht ist, so dass ein vergrößerter außenseitiger Anspritzkanal vorhanden ist,
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25 schematische Ansicht der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 24 im Bereich des Anspritzkanals,
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26 schematische Perspektivdarstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 22 mit angespritzten Kunststoffschichten beziehungsweise weiteren Kunststoffschichtelementen und Darstellung der Anspritzpunkte an dem jeweiligen Anspritzkanal in strichpunktierter Kennzeichnung,
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27 schematische Perspektivdarstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 24 mit angespritzten Kunststoffschichten beziehungsweise weiteren Kunststoffschichtelementen und Darstellung der Anspritzpunkte an dem jeweiligen Anspritzkanal in strichpunktierter Kennzeichnung,
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28 schematische Detailperspektive der Positionierung der Anspritzdüse für das Kunststoffmaterial, die Kunststoffmaterial in den Fließkanal presst, im Bereich einer Wickelnut mit angespritztem Kunststoffmaterial,
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29 schematische Draufsicht auf die Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 28 mit Kunststoffspritzdüse,
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30 schematische Perspektivdarstellung einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung bestehend aus übereinander gestapelten Einzelblechen mit nach innen weisenden Polschuhen und Nuten gemäß dem Stand der Technik,
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31 schematische Detaildraufsicht auf das Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 30 mit zwei Polschuhen und dazwischen angeordneter Nut mit kunststoffbeschichteter Nut,
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32 schematische Detailperspektivdarstellung der Kunststoffumspritzung bei stirnseitig oberen Anspritzpunkt mit schematisierter Darstellung des Fließvorgangs,
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33 schematische Detaildraufsicht auf eine Wickelnut mit zum Beispiel eingebrachtem Kupferdraht oder ähnlichen elektrischen Leitern,
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34 schematische Perspektivdarstellung eines Stator-/Rotorpakets mit der Ausbildung von geschlossenen Nuteingängen als Fließkanal,
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35 schematische Darstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 34 mit schematischer Darstellung der rundum frei wählbaren Angussposition für die als Fließkanal ausgebildeten Nuteingänge,
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36 schematische Perspektivdarstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 34 mit der Darstellung möglicher Angusspositionen,
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37 schematische Perspektivdarstellung der Stator-/Rotorpaketeinrichtung gemäß 35 mit Darstellung möglicher Angusspositionen,
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38 schematische Perspektivdarstellung der Fließwege des eingespritzten Kunststoffes über den geschlossenen Nuteingang über den ersten Fließkanal bei Vorhandensein eines im Nutgrund vorhandenen zweiten Fließkanals,
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39 schematische Perspektivdarstellung der Fließwege des eingespritzten Kunststoffes über den geschlossenen Nuteingang über den ersten Fließkanal gemäß dem Stand der Technik,
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40 schematische Detaildraufsicht auf eine Wickelnut mit eingesetztem elektrischen Leiter als Profilelement und einer Kunststoffisolierung der Innenwandung der Wickelnut bei Vorhandensein eines ersten Einspritzkanals, gebildet durch den geschlossenen Nuteingang und eines zweiten im Nutgrund vorhandenen Fließkanals, gebildet durch Fließkanalausnehmungen der Einzelbleche,
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41 schematische Perspektivdarstellung einer Stator-/Rotorvorrichtung mit vier übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritz- und Fließkanälen mit Darstellung der Fließrichtung der Schmelzefront bei kaskadenförmigen Anspritzen beginnend am oberen Anspritzkanal und
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42 schematische Perspektivdarstellung einer Stator-/Rotorvorrichtung mit vier übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritz- und Fließkanälen mit Darstellung der Fließrichtung der Schmelzefront bei kaskadenförmigen Anspritzen beginnend am mittleren Anspritzkanal.
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WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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In den 30, 31 und 32 ist eine Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und in der Beschreibungseinleitung bereits beschrieben ist. Durch die in Umfangsrichtung U in einem vorgegebenen Raster angeordneten, nach innen weisenden Polschuhen 14 werden zwischen den Polschuhen 14 vorhandene Wickelnute 16 gebildet. Die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 wird mit elektrisch isolierendem Kunststoff umspritzt. Hierzu werden in jede Nut 16 Formkerne eingebracht, die so ausgebildet sind, dass nach dem Kunststoffspritzvorgang, die Innenwandungen der Wickelnute 30 von einer dünnen elektrisch isolierenden Kunststoffschicht 30 (siehe 31) umgeben sind. In 32 ist stark schematisiert in einer Detailperspektive das Fließverhalten des Kunststoffs bereichsweise dargestellt. Überlicherweise erfolgt eine einseitige, stirnseitige Anspritzung über den Anspritzpunkt A von oben her. Das Fließverhalten des Kunststoffs ist in 32 mit Pfeil F und gestrichelten Linien dargestellt. Es ergibt sich ein relativ langer Fließweg und ein hoher Druckverlust, wodurch die Fließweglänge eingeschränkt ist und der Höhe der zu umspritzenden Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 Grenzen gesetzt sind. Nachdem die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 mit Kunststoff umspritzt worden ist, werden die Polschuhe 14 mit einem elektrischen Leiter (zum Beispiel Draht-, Bügel- oder Profilelement) bestückt, wobei die umwickelten Leiter in den 30, 31 und 32 nicht dargestellt sind.
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.1 dargestellt, die von ihrer Geometrie im Wesentlichen der Geometrie der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 gemäß 30 entspricht. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass im Nutgrund jeder Wickelnut 16 an jedem Einzelblech 12 eine in das Nutinnere offene Fließkanalausnehmung 22 vorhanden ist, wobei die Fließkanalausnehmung 22 jedes Einzelbleches 12 in Längsrichtung L kongruent übereinander angeordnet sind, so dass in Längsrichtung L ein Fließkanal 26 gebildet wird. Die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.1 wird somit in einem magnetisch unrelevanten Bereich, nämlich dem Nutgrund der Wickelnut 16, mit einem Fließkanal 26 versehen, der durch eine muldenartige Vertiefung (Fließkanalausnehmung 22) in jedem Einzelblech 12 des Blechpakets gebildet wird. Dadurch entsteht ein Fließkanal 26 mit vergrößertem Querschnitt der Wandstärke. Dieser Fließkanal 26 verläuft entlang der Füllrichtung des Kunststoffs. Während des Einspritzvorgangs unterstützt dieser Fließkanal 26 das Füllen der Kapazität beziehungsweise verbessert das Füllverhalten.
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Im Ausführungsbeispiel ist in jeder Wickelnut 16 ein Fließkanal 26 vorhanden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es kann ein Fließkanal 26 beispielsweise in einer, in mehreren oder wie dargestellt in allen Wickelnuten 16 vorhanden sein. Der Fließkanal 26 begünstigt eine bessere Füllbarkeit des Statorpakets durch die in Füllrichtung verlaufende Querschnittsvergrößerung. Durch den aufgedickten Wandstärkenbereich entlang des Fließweges ist der Druckverlust geringer und es lassen sich reduzierte Fließweglängen mit geringerer Wandstärke der Kunststoffschicht erzielen.
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In den 8 und 9 ist der durch die Fließkanalausnehmung 22 der Einzelbleche gebildete Fließkanal 26 im Detail dargestellt.
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Die 11 zeigt im Detail in einer Draufsicht eine mit einer dünnen, isolierenden Kunststoffschicht 30 versehene Innenoberfläche einer Wickelnut 16 mit Fließkanal 26.
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In den 28 und 29 ist stark schematisiert in einer Detailperspektive der Bereich einer Wickelnut 16 dargestellt mit entsprechender Positionierung einer Einspritzdüse 32 für den Kunststoff. Die Wickelnut 16 ist bereits mit einer Kunststoffschicht 30 umspritzt und weitere angespritzte Kunststoffbereiche 31 sind schematisch dargestellt.
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In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt, das sich von der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.1 gemäß 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass die Polschuhe 14 nach außen weisen und die zwischen den Polschuhen 14 vorhandenen Wickelnute 16 nach außen hin offen sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Nutgrund jeder Wickelnut 16 ein in Längsrichtung L verlaufender nach außen offener Fließkanal 26 vorhanden, der durch kongruent übereinander angeordnete Fließkanalausnehmungen 22 der Einzelbleche 12 gebildet wird.
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Die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 unterscheidet sich von der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.1 gemäß 1 und 2 weiterhin dadurch, dass im oberen Endbereich der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 im Bereich des Nutgrunds jeder Wickelnut 16 zumindest ein oder mehrere Einzelblech/e 12 eine von innen nach außen durchgehende Anspritzkanalausnehmung 24 aufweisen, die kongruent übereinander angeordnet sind, so dass ein in radialer Richtung R verlaufender Anspritzkanal 28 gebildet wird, der gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 und 4 jeweils in den Fließkanal 26 mündet.
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Der Anspritzkanal 28 als Einzelmerkmal ist in den 5 und 6 schematisch im Detail im Bereich einer Wickelnut 16 dargestellt. Die Höhe des Anspritzkanals 28 in Längsrichtung L wird durch die Anzahl der Anspritzkanalausnehmungen 24 der Einzelbleche 12 bestimmt.
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So ist in 7 dargestellt, dass der Anspritzkanal 28 durch die Anspritzkanalausnehmungen 24 von 7 im Endbereich übereinander angeordneten Einzelblechen gebildet wird. Der Kanalquerschnitt wird somit durch die Anzahl der Bleche und die Breite der Anspritzkanalausnehmung 24 in Umfangsrichtung bestimmt.
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In 10 ist in einer Detaildraufsicht eine Wickelnut 16 mit einer an die Innenoberfläche der Wickelnut angespritzten dünnen, elektrisch isolierenden Kunststoffschicht 30 im Bereich des Anspritzskanals 28 schematisch dargestellt.
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Die 12 und 13 zeigen in einer Detailperspektive die Kombination eines Anspritzkanals 28, der in einen Fließkanal 26 mündet im Bereich einer Wickelnut.
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In 14 ist schematisch in einer Draufsicht der Zustand vor dem Einspritzen des Kunststoffs bei einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt. Von innen her sind an jedem Anspritzkanal 28 Einspritzdüsen 32 angeschlossen, die sternförmig verlaufend in einen zentralen Einspritzkanal münden. In einer Wickelnut 16 ist beispielhaft ein eingeführter Formkern 40 dargestellt, der die Innenbeschichtung der Innenoberfläche der Nut 16 gewährleistet. Über den jeweiligen Anspritzkanal 28 wird das Kunststoffmaterial durch die Einspritzdüse in die Kavität eingedrückt und verteilt sich sowohl in seitlicher Richtung (Pfeil F in 14) und gleichzeitig in Längsrichtung entlang des Fließkanals 26, der entlang der Füllrichtung des Kunststoffes verläuft und somit durch seinen größeren Querschnitt das Füllverhalten verbessert. Das Ergebnis des Kunststoffspritzvorgangs ist in 15 schematisch dargestellt, in der die umspritzte Kunststoffschicht 30 in einer Wickelnut 16 dargestellt ist.
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Durch das Kanalverteilersystem wird jede Wickelnut 16 am Fließkanal 26 beispielsweise über einen Tunnelanschnitt angespritzt. Die Schmelze wird über den Anspritzkanal 28 zur Wickelnut 16 geführt und verteilt sich im Wickelbereich gleichmäßig in alle Richtungen. Bei entsprechender Gestaltung der Wandstärken ist ein nahezu bindenahtfreies Befüllen der Wickelnut möglich.
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Besonders große Höhen eines Stators sind dadurch möglich, dass der Stator aus zwei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 oder 10.1 sich zusammensetzt siehe beispielsweise die 17, 18, 19, 22, 24, 26 und 27. Es können auch mehr als zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen beispielsweise 3 (siehe 23) oder beispielsweise 4 (siehe 21) vorhanden sein.
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Gemäß 17 setzt sich der gesamte Stator/Rotor aus zwei gleichförmigen Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 zusammen. An einer Stirnseite einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 sind die Anspritzkanäle 28 im Nutgrund der Nuten 16 vorhanden, so dass zu jeder Wickelnut 16 jeweils eine kanalförmige Vertiefung gegeben ist, die jeweils in den Fließkanal 26 mündet. Durch das Stapeln von mindestens zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 entsteht an der Stoßfläche ein geschlossener Anspritzkanal 28, der jeweils die Verbindung vom Anspritzpunkt zur Innenkontur der Wickelnuten 16 herstellt.
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Durch das Stapeln von zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 kann das Gesamtpaket auf etwa halber Höhe an den Anspritzkanälen 28 angespritzt werden. Der Fließweg teilt sich dabei in zwei Richtungen auf. In Kombination mit dem Fließkanal 26 entlang der Wickelnut 16 ist daher ein doppelt so hohes Paket befüllbar als dies bei stirnseitig einseitiger Anspritzung wie im Stand der Technik gegeben ist. Bei den Ausführungsformen gemäß den 14 bis 21 werden die Angußkanäle von innen zugeführt. In den 22 bis 27 ist dargestellt, wie bei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.1 der Angußkanal von außen zuführbar ist.
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In 22 sind zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10 gleichsinnig aufeinander gestapelt, wobei die Anspritzkanäle 28 jeweils im unteren Randbereich vorhanden sind, so dass sich die Höhe H1 des Anspritzkanals 28 ergibt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 24 sind zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.1 gegensinnig aufeinander gestapelt, so dass sich ein Anspritzkanal 28 mit doppelter Höhe H2 ergibt.
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In den 26 und 27, die der Darstellung der 22 beziehungsweise 24 entspricht, sind die Anspritzpunkte an den Anspritzkanälen 28 durch strichpunktierte Linien angedeutet. Des Weiteren ist in 26 und 27 die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt, wie sie nach dem Umspritzungsvorgang mit Kunststoff umspritzt ist. Neben der Umspritzung der Innenoberfläche der Wickelnute 16 mit einer dünnen Kunststoffschicht 30 werden noch weitere Kunststoffteile 31 angespritzt, die bezüglich weiterer Montageschritte erforderlich sind beziehungsweise diese erleichtern.
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In 33 ist schematisch das bekannte Verfahren dargestellt, den elektrischen Leiter 50 in die Wickelnut 16 einzubringen, wobei der elektrische Leiter im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kupferdraht ausgebildet ist, mit dem der Polschuh umwickelt wird. Dabei wird die vorisolierte Stator-/Rotorpaketeinrichtung über die Nutöffnung mit einem Endlosdraht/-profil umwickelt. Der Polschuh 14 wird dabei mit einer bestimmten vorgegebenen Anzahl an Umwickelungen umwickelt. Für diese Verfahren, die elektrische Leiter (beispielsweise Kupferdraht) in einer wirtschaftlichen Art und Weise in die Wickeleinheit einbringen, müssen die Wickelnuten einen offenen Nuteingang 17 aufweisen. Andere Wickeltechnologien, wie beispielsweise Flyer-, Nadel- oder Spulenwicklungstechnologie oder auch das Einzugsverfahren erfordern ebenfalls offene Nuteingänge 17.
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Es sind auch andere Verfahren bekannt, Stator-/Rotorpaketeinrichtungen mit elektrischen Leitern zu bestücken, die keine offenen Nuteingänge benötigen. Hier kann beispielsweise die Hairpin-Technologie genannt werden. Bei dieser Technologie ist es nicht erforderlich, das der Nuteingang offen ausgestaltet ist.
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Erfindungsgemäß ist in diesem Zusammenhang erkannt worden, dass beispielsweise bei dieser Technologie der Nuteingang 17 erfindungsgemäß als Fließkanal 26.2 genutzt und mit Kunststoff ausgespritzt werden kann, um optimale Fließvorgänge zu gewährleisten, da der Nuteingang 17 bei eingesetztem Formkern 20 in der Nut 16 mit der anzuspritzenden Isolierschicht 30 der Wickelnut 16 in Kommunikationsverbindung steht. Es wird erfindungsgemäß somit der Nuteingang 17 genutzt um einen Fließkanal 26.2 zum Einspritzen des Kunststoffs zu nutzen, da es möglich ist, elektrische Leiter ohne Vorhandensein einer offenen Nutöffnung in die Wickelnut 16 einzuführen. Bei der so genannten Hairpin-Methode zur Einbringung elektrischer Leiter werden beispielsweise einzelne stabförmige Elemente bestimmter Länge, die nur durch die Wickelnut durchgesteckt werden verwendet und nachfolgend kontaktiert.
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Die Ausbildung geschlossener Nuteingänge 17 als Fließkanal 26.2 ist schematisiert in 34 dargestellt. Durch den während des Kunststoffeinspritzvorgangs geschlossenen Nuteingang 17 werden durch die damit erzeugte Wandstärke- oder Querschnittserweiterung durch Ausbildung eines Fließkanals 26.2 größere Fließweglängen erreicht und höhere Pakete können beispielsweise im Spritzgießverfahren umspritzt werden.
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Dabei hat es sich bei dieser erfindungsgemäßen Idee als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Angussposition für die jeweiligen Fließkanäle 26.2 über einen umlaufend durchgehenden Kragenanspritzbereich 34 rundum frei gewählt werden können, wenn der Fließkanal 26.2 ohne Querschnittsverengung an das angrenzende Design der Angussposition angebunden ist. Dies ist beispielhaft in 35 durch den strichpunktierten Pfeil P, der die variable Angussposition anzeigt, dargestellt. Dabei können die einzelnen innenseitigen Stege der Polschuhe 14 beispielsweise auch als durchgehende Wand 36 ausgebildet sein.
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In den 36 und 37 in Verbindung mit den 38 und 39 ist ein Beispiel für mögliche Angusspositionen des durch den Nuteingang 17 gebildeten Fließkanals 26.2 dargestellt. Über eine zentrale Anspritzposition Z wird der Kunststoff zugeführt und über sternförmig angeordnete Einspritzdüsen 32 zu den zweiten Fließkanälen geführt.
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Die Verwendung des Nuteingangs 17 als geschlossenen Fließkanal 26.2 zum Einspritzen der isolierenden Kunststoffschicht 30 für die Wickelnut 16, wie beispielsweise in 38 dargestellt, ist ein wesentlicher Erfindungsgedanke.
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In 38 sind stark schematisiert die Fließwege F1 des angespritzten Kunststoffs über den durch den Nuteingang 17 gebildeten zweiten Fließkanal 26.2 zwischen Außenwandung des Formkerns 40 und Innenwandung der Wickelnut 16 schematisiert dargestellt.
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38 zeigt dabei die Situation, dass gleichzeitig ein erster Fließkanal 26.1 vorhanden ist, der durch entsprechende im Nutgrund der Wickelnut 16 vorhandene kongurent übereinander angeordnete Fließkanalausnehmungen 22 einzelner Einzelbleche gebildet wird, dargestellt beispielsweise in 2 oder 11. Der Fließkanal kann auch durch übereinander gestapelte Blechpakete gebildet werden.
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39 zeigt dieselbe Anordnung ohne die Ausbildung des ersten Fließkanals 26.1.
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Insbesondere bezüglich der in 38 dargestellten Lösung der Ausbildung eines zweiten Fließkanals 26.2 über den geschlossenen Nuteingang 17 in Verbindung mit dem ersten Fließkanal 26.1, gebildet durch die Fließkanalausnehmung 22 der Einzelbleche, ist eine besonders vorteilhafte Kombination gegeben, die jedoch nicht zwingend vorhanden sein muss. Bei dieser Kombination wird durch das Anspritzen am geschlossenen Nuteingang 17 (zweiter Fließkanal 26.2) eine erfinderische Besonderheit umgesetzt, die wesentliche Vorteile bietet, nämlich dadurch, dass die im Verlauf des Einspritzvorgangs aufeinander treffenden Schmelzefronten im ersten Fließkanal 26.1 des Nutgrundes der Wickelnut 16 aufeinander treffen. Dies ist dadurch gewährleistet, dass sowohl der erste Fließkanal 26.1 als auch der zweite Fließkanal 26.2 in radialer Richtung symmetrisch ausgebildet sind, so dass die durch den zweiten Fließkanal 26.2 (Nuteingang 17) eingespritzte Kunststoffmasse gleichzeitig beidseitig im ersten Fließkanal 26.1 ankommt, das heißt, dass die im Verlauf des Einspritzvorgangs die zwei aufeinander treffenden Schmelzefronten im Fließgrund des Nutgrunds aufeinander treffen. Durch den größeren Querschnitt des Kunststoffs im Nutgrund beziehungsweise im ersten Fließkanal 26.1 verbinden sich die beiden Schmelzefronten besser als ohne diese Querschnittsvergrößerung. Somit wird eine verbesserte elektrische Isolation und eine bessere mechanische Belastbarkeit der Bindenaht im Nutgrund erreicht. Diese Qualitätsanforderung werden bei der in 39 bezüglich der im Nutgrund aufeinander treffenden Schmelzefronten nicht mit Optimalwerten erreicht.
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In 40 ist ein Detail einer Nut 16 mit angrenzenden Polschuhen 14 mit dem ersten Fließkanal 26.1, dem zweiten Fließkanal 26.2 und der Isolationsschicht 30 dargestellt, wobei der/die elektrische Leiter 70 nicht durch eine Kupferdrahtwicklung sondern durch ein Profilelement gebildet wird/werden, das in die Nut 16 eingeschoben ist und einer der Innenumfangskontur der Nut 16 angepasste Außenumfangskontur mit verringerten Abmessungen aufweist.
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Beim Spritzgießen von gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.1, 10.2 kann entlang der Stapelhöhe an einem oder mehreren Anspritzkanälen 28 angespritzt werden. Eine aus insgesamt drei oder vier übereinander gestapelter Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 gebildete Stator-/Rotorvorrichtung ist bereits oben anhand der 20 beziehungsweise 21 beschrieben. Bei zeitgleichem Anspritzen von mindestens zwei oder mehreren Anspritzkanälen 28 bewegen sich vom jeweiligen Anspritzpunkt ausgehend zwei Schmelzefronten aufeinander zu und stoßen im weiteren Verlauf aufeinander. Beim Aufeinandertreffen der Schmelzefronten entsteht eine Bindenaht, die Bekannterweise nachteilige Eigenschaften aufweist und meist unerwünscht ist.
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Um diese negative Eigenschaft von Bindenähten zu vermeiden, kann die erfindungsgemäße Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.1, 10.2 genutzt werden, um die Wickelnuten 16 kaskadenförmig über die Anspritzkanäle 28 in Verbindung mit den Fließkanälen 26.1, 26.2 mit einer Kunststoffschicht 30 zu umspritzen beziehungsweise zu füllen. Ein Ausführungsbeispiel für das kaskadenförmige Anspritzen ist beispielhaft an der Stator-/Rotorvorrichtung gemäß 41 in einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Stator-/Rotorvorrichtung entspricht der bereits anhand von 21 beschriebenen Stator-/Rotorvorrichtung mit insgesamt vier aufeinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2. Die Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 weisen innenseitig im Nutgrund der Wickelnut 16 jeweils einen Anspritzkanal 28 auf, der in 41 von oben nach unten mit den Bezugszeichen 28A, 28B, 28C und 28D bezeichnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel münden die Anspritzkanäle 28 jeweils in einen ersten Fließkanal 26.1, der in Längsrichtung durchgehend vorhanden ist. Es ist jedoch zur Durchführung des Verfahrens nicht zwingend erforderlich, dass ein erster Fließkanal 26.1 vorhanden ist. Es ist auch möglich, die Kunststoffschicht 30 allein durch das Anspritzen über die Anspritzkanäle 28 herzustellen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 41 eines kaskadenförmigen Anspritzverfahrens wird der Einspritzvorgang beispielsweise am oberen Anspritzkanal 28A gestartet. Die Kunststoffschmelze breitet sich quellstromartig (Pfeile F1) in alle konturgebenden Bereiche aus und fließt nach Sekundenbruchteilen auch über den in Längsrichtung darunter angeordneten Anspritzkanal 28B. In diesem Moment wird der Einspritzvorgang am Anspritzkanal 28B auch gestartet beziehungsweise dazugeschaltet. Die Fließfront des Kunststoffs wird dabei von hier ausgehend weitergetrieben und überströmt im weiteren Verlauf den Anspritzkanal 28C, über den dann zweitversetzt ebenfalls Kunststoff angespritzt wird. Der gleiche Ablauf erfolgt bei dem Anspritzkanal 28D. Durch das zeitversetzte Öffnen der Anspritzkanäle 28A, 28B, 28C, 28D je nach Fortschritt der Schmelzefront wird die Bindenahtbildung weitgehend vermieden. Die erfindungsgemäßen Anspritzkanäle 28 – auch in Verbindung mit den Fließkanälen 26 – eröffnen hiermit problemlos die Möglichkeit eines kaskadenförmigen Anspritzverfahrens um eine störende Bindenahtbildung weitgehend zu vermeinden und dadurch eine hochwertige und funktionsgerechte Isolationskunststoffschicht 30 auszubilden. In 41 ist die Fließrichtung, das heißt die Ausbreitrichtung der Quellstromrichtung der Schmelzefront, mit dem Pfeilspitzen F1 schematisch dargestellt.
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Es ist nicht zwingend notwendig, den Einspritzvorgang am oberen Anspritzkanal 28A zu starten. Der Prozess kann an jedem beliebigen Anspritzkanal 28 gestartet werden und die jeweilig benachbarten Anspritzkanäle 28 können zum jeweiligen Zeitpunkt des Überströmens dazugeschaltet werden. Dies ist beispielhaft in einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 42 dargestellt. Es wird der Einspritzvorgang am mittleren Anspritzkanal 28C gestartet. In diesem Fall entstehen Fließfronten in beide Richtungen, nämlich nach unten (Richtung F1) und nach oben (Richtung F2). Sobald die Fließfronten den Anspritzkanal 28B beziehunsgweise den Anspritzkanal 28D erreicht haben, werden die genannten Anspritzkanäle 28B und 28D dazu geschaltet, das heißt der Anspritzvorgang wird an dem jeweiligen Anspritzkanal 28B, 28D gestartet und der Schmelzestrom weitergeführt.
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Das kaskadenförmige Anspritzverfahren kann beispielsweise an einer oder an mehreren Wickelnuten durch entsprechendes zeitversetztes Einspritzen von Kunststoffkanälen über die Anspritzkanäle 28 durchgeführt werden. Weiterhin kann das kaskadenförmige Anspritzverfahren sowohl an Innen- als auch an Außennuten von Stator-/Rotorpaketeinrichtungen durchgeführt werden. Auch eine Umsetzung an Einzelblechstapeln ist problemlos möglich. Des Weiteren können kombinierte Paketstapel aus verschiedenen Blechen problemlos umgesetzt werden. In Verbindung mit den erfindungsgemäßen Anspritzkanälen beziehungsweise Fließkanälen können nahezu jede geometrische Ausbildung von Stator-/Rotorpaketeinrichtungen unter weitgehender Vermeidung von Bindenahtbildungen im Bereich der Wickelnute mit einer isolierenden Kunststoffschicht umspritzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann die Anzahl Polschuhe beziehungsweise Wickelnute variieren. Ein wesentliches vorteilhaftes Merkmal besteht darin, dass an einer, an mehreren oder an allen Wickelnuten eine in das Innere der Wickelnut offene Fließkanalausnehmung vorhanden ist, die beim Kunststoffspritzvorgang zusammen mit dem in der Wickelnut während des Spritzvorgangs vorhandenen Formkern eine Kavität mit dem ersten Fließkanal bildet oder der Nuteingang während des Kunststoffeinspritzens geschlossen wird und dadurch in Verbindung mit dem Formkern den ersten Fließkanal bildet.
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Alternativ kann auch ein zweiter Fließkanal vorhanden sein, der durch den innenseitig geschlossenen Nuteingang gebildet wird. Besonders vorteilhaft ist die Kombination von ersten mit zweitem Fließkanal.
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Dadurch können höchste Qualitätsanforderungen an die herzustellende Kunststoffisolationsschicht problemlos wirtschaftlich umgesetzt werden, die eine dauerhaft zuverlässige Funktionalität gewährleisten.
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Weitere Vorteile lassen sich auch damit erzielen, dass die gestapelten Einzelbleche definierte Anspritzkanalausnehmungen aufweisen, so dass zumindest ein Anspritzkanal ausbildbar ist, der in den/die Fließkanal/Fließkanäle mündet, wodurch die Fließwege verkürzbar sind und Pakete mit großer Höhe problemlos umgespritzt werden können, ohne dass die Qualität darunter leidet.
