EP3895292A1 - Verfahren zum herstellen einer elektromagnetischen komponente, insbesondere eines blechpakets, beispielsweise eines statorpakets oder eines rotorpakets, für eine elektrische maschine - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektromagnetischen komponente, insbesondere eines blechpakets, beispielsweise eines statorpakets oder eines rotorpakets, für eine elektrische maschine

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Publication number
EP3895292A1
EP3895292A1 EP20701306.1A EP20701306A EP3895292A1 EP 3895292 A1 EP3895292 A1 EP 3895292A1 EP 20701306 A EP20701306 A EP 20701306A EP 3895292 A1 EP3895292 A1 EP 3895292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamellae
adhesive
adhesive coating
component
lamella
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20701306.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias LEWE
Karsten MACHALITZA
Volker KAMEN
Marco TIETZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3895292A1 publication Critical patent/EP3895292A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0233—Manufacturing of magnetic circuits made from sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electromagnetic component, in particular one
  • Laminated core for example as a stator or as
  • Rotor package is designed for an electrical machine such as an electric motor or a generator.
  • stator Components of every electric motor are a stator and a rotor, the term stator denoting a fixed part of the motor and the term rotor referring to one another
  • a challenge when providing electric motors is to increase the efficiency of the electric motor, for example the provided power per volume and / or the efficiency, within the scope of an economically sensible effort.
  • Electric motors are the manufacture of stators and / or rotors or parts of the stators and / or rotors as a so-called stator package or rotor package.
  • the named components are composed of individual so-called lamellae as sheet metal stacks, also known as lamellar stacks.
  • lamella refers to a molded part that has been removed from electrical sheet metal or electrical steel. A common method for this is punching out the lamella. The plate packs are then made from a large number of thin
  • the production of such a component always includes the steps of producing lamellae and connecting the lamellae to one another.
  • the connection is preferably made in such a way that the slats after the connection
  • Lamellae do not have a galvanic connection to each other.
  • connection of the stamped lamellas to form a laminated core can be done by a variety of known methods, for example by screwing, by applying clips, by welding or by
  • baking varnishes A procedure for this known to the person skilled in the art is the use of so-called baking varnishes.
  • the use of baking varnishes for bonding punched electrical sheets is described, for example, in DE 38 29 068 CI.
  • One way of using baking varnish is to coat a sheet metal, in particular a sheet metal strip, and then punch out individual pieces
  • the lamellae are pressed against one another during the heat treatment, for example by applying a force on the end face, preferably with a uniform surface force, in an axial direction of the laminated core that points into the interior of the laminated core.
  • Typical reaction temperatures are 150 degrees Celsius to 250 degrees Celsius, a typical one
  • the time required for the baking varnish to react is 30 to 150
  • Gluing device depends. With this procedure, excellent electromagnetic properties of stator packs and / or rotor packs can generally be achieved.
  • the object is achieved with a method with the
  • sheet metal generally refers to a
  • Rolled mill product made of a metallic material and, in addition to a thin sheet or a heavy plate, can in particular also denote a metal strip, for example made of a soft magnetic material, a steel strip or an electrical strip.
  • Lamellae are punched out of the sheet metal.
  • the punching out of step B) is preferably performed with a punching tool.
  • a punching tool is a tool with which one, preferably also more than one, such as four, lamellae are punched out of the sheet metal.
  • the lamellas are preferably punched with the punching tool in such a way that a number of connecting webs, for example three
  • the lamellae are immediately separated from the sheet metal with the punching.
  • the main inventive idea is that after the lamellae are punched out and before the lamellae are joined, the lamellae are subjected to a heat treatment.
  • Heat treatment means, in particular, heating a lamella to a predetermined temperature or in a predetermined temperature corridor, maintaining this temperature for a predetermined period of time and preferably slowly cooling the lamella in an oven.
  • the heat treatment can be carried out in a furnace
  • Intermediate step can be carried out, which takes place in a closed oven.
  • Laminated core produced according to the invention were used, during their production that is, after the punching of the lamellae and before the lamellae are joined, a heat treatment of the lamellae
  • joining the lamellae for each of the lamellae of the number of lamellae sequentially comprises the steps: Dl) applying a thermally activated adhesive to a surface of the lamella to form a
  • the starting material for joining the lamella is thus the already heat-treated lamella.
  • the application of the adhesive can in particular as
  • At least one side of the lamella is covered with adhesive.
  • Formed drying section of an inline system is thermally treated to dry the adhesive.
  • This variant of the method is preferably carried out in a so-called inline process in an inline system. But sequential variants are also possible, as long as the essential aspect is taken into account that the joining is carried out after the heat treatment.
  • inline system refers to the fact that a number of processing stations, namely at least those mentioned above, are arranged in a predetermined order, and sheet metal, for example electrical steel, fed into the inline system is automated at the specified stations
  • the activation is preferably brought about by means of
  • Illuminating the adhesive coating with infrared radiation by means of a means for emitting infrared radiation.
  • the means for outputting infrared radiation can be any convenient means for outputting infrared radiation.
  • Illuminants designed to output electromagnetic radiation in the NIR wavelength spectrum, i.e. with wavelengths between 780 nm and 3 pm.
  • the molded parts are illuminated in an NIR wavelength range, a wavelength between 0.8 micrometers and 1.2 micrometers preferably being used, and particularly preferably a maximum of the luminous power in NIR radiation with a wavelength between 0.85 micrometers and 0.9 micrometers is achieved.
  • the inline system preferably has an extrusion die.
  • This Auspressstempel is a stamp, which through to
  • Sheet metal surface perpendicular force effect the lamellae still connected to the sheet metal, in particular sheet metal strip, with one or more bars after the adhesive has been activated
  • the lamellas must be brought together and then the adhesive must be allowed to dry and solidify.
  • the sheet has a surface with a short surface
  • Activation time of, for example, 0.5 to 1 second and a short curing time of just a few seconds.
  • the means for outputting infrared radiation are arranged behind the punching tool, are preferably arranged between the punching tool and an extrusion punch, and have:
  • Punching direction is directed to a first lamella surface
  • the punching direction is directed to a second lamellar surface present on the other side of the punching tool or
  • the alignment of the light source on the lamella surface does not necessarily have to be at right angles, but can also be made at a different angle.
  • first and / or the second lamellar surface is illuminated with the illuminant naturally depends on whether lamellae coated on one or both sides are used. In the first case and in the second case you can
  • Lamellae with an adhesive coating on one side can be used; in particular in the third case, lamellae with an adhesive coating on both sides can be used with the advantage that lamellae arranged on top of one another adhere very well to one another.
  • the slats are joined in a different way, namely for each of the slats of the number of slats sequentially with the following steps: Dl) applying a thermally activated adhesive to a surface of the lamella to form a
  • step Dl after step Dl) and before or after
  • Step D2) thermal drying of the adhesive coating takes place in a drying station.
  • the applied adhesive does not take place by means of thermal activation, for example with infrared radiation, of the individual lamellae before the individual lamellae are brought together, but that instead the thermal activation takes place after the lamellae are brought together, namely by heating in an oven.
  • the thermally activatable adhesive is preferably applied in that the adhesive is provided as an aqueous dispersion which is applied to the lamellae.
  • the application is preferably carried out by spraying on, but application by means of a roll-to-roll method, in particular with rolls rotating in opposite directions, is also possible.
  • the application of the adhesive can in particular be carried out as a complete or essentially complete application of the adhesive to the surface of the lamella.
  • At least one side of the lamella is covered with adhesive.
  • Formed drying section of an inline system is thermally treated to dry the adhesive.
  • the predetermined period of time in step D5 is preferably between 5 minutes and 60 minutes, particularly preferably between 10 and 40 minutes.
  • an electrical component, a stator packet or a part of a stator packet is produced by gluing together lamellae which have been subjected to a heat treatment after being punched out and before gluing.
  • At least one electromagnetic component according to one of the previous
  • the rotor is punch-packaged and therefore has at least the
  • the stator on the other hand, is annealed and glued using the method described above and therefore has the lowest relevant losses here.
  • an electrical machine comprising a first electromagnetic component manufactured with a
  • Baking varnish will be glued without having to after punching and before the joining is a heat treatment of the lamellae analogous to step C of the method according to the invention or one of its
  • the first electromagnetic component in step C) has heat-treated lamellae and the second electromagnetic component has lamellae that have not been heat-treated after punching out.
  • the first electromagnetic component can be the stator of the electrical machine and the second electromagnetic component can be the rotor of the electrical machine.
  • the stator has the excellent electromagnetic properties that can be achieved according to the invention, whereas in the rotor, by dispensing with annealing, a reduction in the mechanical properties, in particular strength, important for the rotor as a rotating component is avoided.
  • the inspection of the adhesive coating in step D2 is preferably carried out using an optical inspection method.
  • the method can be
  • Laminated stacks are guaranteed.
  • sample as is to be regarded as being insufficiently coated, is at the discretion of the person skilled in the art entrusted with carrying out the invention and is essential for the principle of functioning of the method described
  • the lamellae When the lamellae are positioned one above the other, the lamellae are preferably introduced into a receiving device in which there is a positioning area.
  • the positioning area is used for the position-oriented and / or angularly aligned positioning of the lamella introduced into the positioning area in relation to the lamellae already present there, so that
  • the positioning area can be, for example, a cylindrical tube, which is designed, for example, as a cylindrical hollow tube with a jacket cross-section that essentially corresponds to the cross-section of the molded parts and with this in
  • a pressure ram is provided which exerts an axial force on the end of the stack of lamellas
  • the application of a pressure force pointing in the axial direction to the lamellae positioned one above the other denotes the application of a pressure force which is exerted in a direction perpendicular to the lamella surface to compress the individual lamellae against each other on an end face of the package of joined lamellae, preferably with uniform surface pressure.
  • the sheet metal is preferably a circuit board made of electrical steel or an electrical steel, the sheet particularly preferably consisting of non-grain-oriented electrical steel.
  • Components including unavoidable impurities add up to 100% by weight.
  • the material is preferably a non-grain-oriented steel which, in addition to Fe and unavoidable impurities, contains the following elements (all data in% by weight):
  • the non-grain-oriented electrical steel or the non-grain-oriented sheet has specific
  • the non-grain-oriented electrical steel or the non-grain-oriented sheet has specific core losses at P1.0; 50 Hz in the range from 0.8 to 3.5 W / kg and at PI, 5; 50 Hz in the range from 1.9 to 8.0 W / kg and / or a polarization for J2500 in the range from 1.47 to 1.71 T and for J5000 in the range from 1.58 to 1.80 T, determined based on DIN EN 60404-2 .
  • the non-grain-oriented electrical steel or the non-grain-oriented sheet has specific magnetic reversal losses at P1.0; 50 Hz in the range from 1.0 to 1.5 W / kg and at PI, 5; 50 Hz in the range from 2.2 to 3.3 W / kg and / or a polarization for J2500 in the range from 1.47 to 1.57 T and for J5000 in the range from 1.58 to 1.65 T, determined in Based on DIN EN 60404-2.
  • the non-grain-oriented electrical steel or the non-grain-oriented sheet has specific
  • Range of 1.50 and 1.95 T determined based on DIN EN 60404-2.
  • the material has specific core losses at P1.0; 400 Hz in the range of 10 to 25 W / kg; at PI, 5; 400 Hz from 25 to 49 W / kg; and / or a polarization at J2500 in the range from 1.45 T to 1.75 T and at J5000 in the range from 1.45 T to 1.85 T and at J10,000 in the range from 1.50 and 1.95 T determined in
  • the non-grain-oriented electrical steel or sheet metal preferably has a yield point
  • the material has a yield strength in the longitudinal direction at room temperature of 310 to 600 MPa and a maximum tensile strength of 400 to 640 MPa and an elongation at break A80 of 7 to 32%, measured based on DIN EN ISO 6892-1, and a hardness Hv5 of 130-250.
  • the material preferably has an anisotropy at P1.0; 400 Hz in the range from 5 to 17%.
  • the starting material can also be a soft magnetic material, in addition to Fe and unavoidable impurities, consisting of (all data in% by weight):
  • Metal sheets in particular electrical steel, with a thickness between 0.05 and 2.5 mm are suitable and preferably used, with
  • Thicknesses between 0.1 and 1.0 mm are preferred. Depending on the application of the electrical machine, thicknesses between 0.5 and 1.0 mm are particularly preferred. According to one embodiment, heat treatment is as
  • Temperature can for example be a temperature between 200 ° C and 650 ° C. The heating takes place slowly, for example with an even heating of less than 10 Kelvin per minute. Thereafter, the temperature is generally held for a longer time, for example at least 30 minutes, preferably at least 1 hour, before slow cooling, for example cooling under a protective gas atmosphere and / or in air, takes place. Stress relief annealing is the most suitable method when the sheet metal used as the starting material already has the desired grain sizes.
  • the heat treatment can be as soft annealing
  • the heating is slow,
  • the temperature is held for a longer time, for example at least 1 minute, preferably between 1 hour and 7 hours and even more preferably between 1.4 hours and 4 hours, before a slow one
  • Cooling for example cooling under a protective gas atmosphere and / or in air, takes place.
  • the heat treatment can be carried out as recrystallization annealing. The heating takes place slowly, for example with a steady
  • the temperature is held for a longer time, for example at least 30 minutes, preferably between 1 hour and 7 hours and even more preferably between 1.5 hours and 4 hours, before slow cooling, for example cooling below
  • Temperature are preferably chosen depending on whether grain growth is desired and which target grain size is desired for which starting material (alloy, type, grain size, geometry and the like).
  • the temperature and time data defined above for the annealing step relate to a heat treatment that is carried out as a sequential heat treatment step in an annealing furnace
  • annealing conditions must of course be adapted, which is easily possible for a person skilled in the art.
  • Both surfaces of the lamellae are particularly preferably coated with a thermally activated adhesive, so that the adhesive surface is attached when the lamellae are joined
  • Adhesive surface borders one another with the advantage of very good adhesion.
  • the adhesive used is preferably an adhesive that contains:
  • the adhesive preferably has 1 to 10 parts by weight of the latent hardener, particularly preferably 2 to 5 parts by weight of the latent hardener.
  • latent hardener denotes a substance which is used to harden the epoxy resin, but which has to be activated for hardening, in particular by supplying chemical and / or thermal energy.
  • the latent hardener is added to the adhesive, for example, as a solid in powder form.
  • latent accelerator refers to a substance that accelerates the hardening of the epoxy resin by the latent hardener.
  • the latent attribute also refers to the Accelerator has to be activated beforehand by chemical and / or thermal energy in order to fulfill its function.
  • the latent accelerator is added to the adhesive, for example, as a solid in powder form.
  • composition given above relates to the mixture of the components present as solid bodies in the specified parts by weight to form an adhesive mixture which, in dispersion and / or solution with a suitable liquid, becomes the adhesive which can form an adhesive coating.
  • the adhesive with the specified components is preferably present as a dispersion of the above-specified composition in a dispersion medium, in particular as an aqueous dispersion.
  • Components in particular stator packs or rotor packs of very high quality, can be produced in a flexible manner. Because the adhesive must first be thermally activated, the adhesive function can be performed at a desired point in time or at a desired time after the lamellae have been removed from the sheet metal and coated with the adhesive, for example by punching
  • Adhesive composition each lamella have one
  • Epoxy resin comprises one or more epoxy resin components with more than one epoxy group, of which at least one epoxy resin preferably has a softening point greater than 50 ° Celsius.
  • the epoxy resins can be, for example
  • Aliphatic epoxy resins contain components that have both one aliphatic group and at least two
  • the epoxy resin is bisphenol A epoxy resin.
  • a substance or a mixture of substances is used as the latent hardener, which is preferably used at temperatures in the
  • the hardener can be dicyandiamide, aziridine derivatives,
  • Triazine derivatives imidazolines, imidazoles, o-tolyl biguanide, cyclic amidines, organic hexafluoroantimonate or
  • Contain hexafluorophosphate compounds or BF3 amine complexes Contain hexafluorophosphate compounds or BF3 amine complexes.
  • the compounds can be used individually or in combination.
  • the adhesive can be 1 to 10
  • Parts by weight of a latent accelerator preferably 1 to 5 parts by weight of a latent accelerator, particularly preferably 2 to 5 parts by weight of a latent accelerator, very particularly preferably 2 to 4 parts by weight of a latent accelerator
  • the adhesive furthermore has 0.2 to 8 parts by weight, preferably 0.2 to 4 parts by weight, absorption additives.
  • Absorption additives according to this broader idea is selected from the group of flame black and / or from the group of water-soluble dyes.
  • absorption additive refers to a substance that absorbs thermal radiation.
  • absorbent material is associated in particular with the advantage that the use of a method is made more efficient in which the thermal activation of the adhesive takes place by means of electromagnetic radiation, in particular by means of irradiation with light in the IR wavelength range, preferably in the NIR wavelength range.
  • the adhesive preferably contains one or more of the insulation additives known to the person skilled in the art, the term insulation additives referring specifically to increasing the
  • the electrical resistance of the adhesive relates to additives provided.
  • the insulation additives can be contained in the adhesive in amounts of 1 to 10 parts by weight, preferably 1 to 5 parts by weight.
  • the latent accelerator preferably has one
  • the urea derivative is particularly preferably an N, N-dimethylurea or an N, N'-dimethylurea or a bifunctional urea derivative, preferably with two
  • the latent accelerator contained in the adhesive is preferably at least 50% by weight, more preferably
  • the adhesive coating is applied to the lamellae on one side or on both sides. If an adhesive coating is applied on both sides, the The thickness of the coating may be the same, but different thicknesses can also be provided.
  • the preferred thickness of the adhesive coating that is, in the case of one-sided adhesive, the thickness of the coating on one side or in the case of two-sided adhesive
  • Adhesive coating adding the total thickness of the adhesive coating on both sides, is between 1 micrometer and 20 micrometers, preferably between 2 and 10 micrometers, particularly preferably between 4 micrometers and 8 micrometers.
  • All of the named adhesives that can be used advantageously have the advantage, not least, that they can be provided as an aqueous dispersion and are therefore suitable for application to the lamellae, for example by means of spraying.
  • step C) carried out according to the invention is and remains decisive, so that largely by optimizing a single step
  • Machine design the option of choosing a different sheet metal, greater freedom of construction in the lamellar design and advantages with regard to possible component tolerances and media and / or heat management. Further advantages arise in component and machine production (for example when handling compact and solid components) and mechanical
  • Coating station a surface inspection system is arranged, for example a thermal imaging camera, optionally a
  • Layer thickness measuring system that monitors the coating process and an additional by-product
  • Light source can be integrated into the lamella holder so that the sensor detects holes in the presence of holes and automatically removes the lamella from the process.
  • the positioning station can contain measuring coils for checking the electromagnetic properties of the package, in order to record influence and measured variables via sensors and store them in a database, alternatively or additionally to pass them on to another system via an interface. Furthermore, it can be provided, for example, to write an identification number of a lamella or an electrical component into the adhesive coating by means of a laser, for example.
  • Eliminate laminated core side The cleaning can be done chemically and / or mechanically.
  • Fig.l a schematic representation of a first
  • a sheet metal 1 designed as a non-grain-oriented electrical steel strip is used as a
  • a number of lamellae 2 are punched out of the sheet metal with a punching tool 4 and are collected in a stack 3 in the embodiment shown.
  • the lamellas are heat-treated in an oven 5 after punching.
  • the exact method of heat treatment is incumbent on the person skilled in the art and depends in particular on the starting material; in the event that grain growth is no longer desired, the heat treatment can be, in particular, a stress-relieving anneal known to the person skilled in the art, i.e. a slow one
  • obtained lamellas can with the joining of the heat-treated lamellas to the laminated core or to a section of the
  • Laminated core are started.
  • each of the lamellas of the number of lamellas is sequentially conveyed to different processing stations by a conveyor belt.
  • a first workstation 6 is by means of a
  • Spray device 6 is present as an aqueous dispersion Adhesive applied over the entire surface.
  • the lamellae then have a thermally activated adhesive coating.
  • a drying station can optionally be provided in order to dry the adhesive coating.
  • the lamellas provided are then irradiated at an activation station under an NIR lighting device 8 'with NIR radiation, preferably with an emission power between 5 kW and 20 kW, to activate the adhesive
  • the lamellae having the activated adhesive are positioned and / or
  • a plunger 9 acts on the end face of the stack 3 'of the lamellae with a pressure force which is directed axially compressing the laminated core.
  • FIG. This differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that no activation station 8 is provided. Instead, the number of slats coated at station 6 and inspected at station 7 is positioned and / or
  • positioned angularly aligned one above the other and the lamellae are heated and held in an oven 9 for a sufficiently long period of time, for example at least 30 minutes, at a temperature between 100 ° C. and 250 ° C.
  • Lamellas in the stack 3 instead, but the lamellas remain attached to one or more webs, in particular three webs, on the sheet metal in order to be transported through the process by transporting the sheet metal.
  • a continuous oven can be used and after step station 8 (FIG. 1) or after station 7 (FIG. 2) the lamellas can be removed from the sheet metal by separating the webs with a so-called extrusion punch known to those skilled in the art.
  • the processes are functionally equivalent as long as the boundary conditions required according to the invention or required for the further developments are implemented by a person skilled in the art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente. Insbesondere kann die herzustellende elektromagnetische Komponente ein Blechpaket, beispielsweise ein Statorpaket oder ein Rotorpaket sein und zur Nutzung mit einer elektrischen Maschine wie beispielsweise einem Elektromotor vorgesehen sein. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: A) Bereitstellen eines Blechs als Ausgangsmaterial; B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech; C) Wärmebehandlung der Lamellen; D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu der Komponente oder zu einem Abschnitt der Komponente. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine.

Description

Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines Blechpakets, beispielsweise eines Statorpakets oder eines Rotorpakets, für eine elektrische
Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines
Blechpakets, das beispielsweise als Statorpaket oder als
Rotorpaket ausgebildet ist, für eine elektrische Maschine wie beispielsweise einen Elektromotor oder einen Generator.
Die Funktionsweise von elektrischen Maschinen,
beispielsweise von Elektromotoren, ist seit langem bekannt.
Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der zunehmenden Verwendung von Elektromotoren im individualisierten Personenkraftverkehr, oft auch unter dem Schlagwort der Elektromobilität angesprochen, gewinnt der Elektromotor weiter an Bedeutung. Wesentliche
Bestandteile jedes Elektromotors sind ein Stator und ein Rotor, wobei der Begriff des Stators einen feststehenden Teil des Motors bezeichnet und der Begriff des Rotors einen sich
bewegenden Teil des Motors bezeichnet.
Eine Herausforderung bei Bereitstellung von Elektromotoren ist, die Effizienz des Elektromotors, beispielsweise die bereitgestellte Leistung pro Volumen und/oder den Wirkungsgrad, im Rahmen eines wirtschaftlich sinnvollen Aufwands zu erhöhen.
Ein Konzept zur Bereitstellung von effizienten
Elektromotoren ist die Herstellung von Statoren und/oder Rotoren oder von Teilen der Statoren und/oder Rotoren als sogenanntes Statorpaket beziehungsweise Rotorpaket. Hierbei werden die genannten Bauteile als Blechpakete, auch als Lamellenpakete bezeichnet, aus einzelnen sogenannten Lamellen zusammengesetzt. Der Begriff der Lamelle bezeichnet ein Formteil, welches aus einem Elektroblech oder einem Elektroband ausgenommen wurde. Eine gängige Methode hierfür ist das Ausstanzen der Lamelle. Die Lamellenpakete werden sodann aus einer Vielzahl von dünnen
Lamellen zusammengesetzt, indem die Lamellen miteinander
gestapelt und gegeneinander, bereichsweise oder bevorzugt vollständig, voneinander elektrisch isoliert sind.
Die Herstellung einer derartigen Komponente, insbesondere eines derartigen Blechpakets, umfasst stets die Schritte der Herstellung von Lamellen sowie der Verbindung der Lamellen miteinander. Die Verbindung wird dabei bevorzugt in einer Weise vorgenommen, dass die Lamellen nach dem Verbinden
abschnittsweise, bevorzugt vollständig, elektrisch voneinander isoliert sind, das heißt bevorzugt: dass zwei benachbarte
Lamellen keine galvanische Verbindung zueinander haben.
Die Herstellung der einzelnen Lamellen erfolgt
typischerweise mittels Stanzens. Das Verbinden der gestanzten Lamellen zu einem Blechpaket kann durch eine Vielzahl bekannter Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Verschrauben, durch Anlegen von Klammern, durch Verschweißen oder durch
Stanzpaketieren. Jedes dieser genannten, dem Fachmann
geläufigen, Herstellverfahren geht jedoch aufgrund der während der Verbindungsherstellung erzeugten mechanischen Einwirkung mit nachteiligem Einfluss auf die nach dem Verbinden vorherrschenden elektromagnetischen Eigenschaften des fertiggestellten
Blechpakets einher. Insbesondere können mechanische Spannungen, die bei einer mechanischen Verbindung zwangsläufig zumindest in gewissem Maße unvermeidlich sind, sich nachteilig auf die magnetischen Eigenschaften und den Verlauf von Magnetfeldlinien innerhalb des Blechpakets auswirken, woraus sich unmittelbar ein nachteiliger Einfluss auf die Effizienz des das Blechpaket aufweisenden Elektromotors ergibt. Eine beim Stanzpaketieren in der Regel auftretende elektrische Verbindung zwischen zwei und mehr Lamellen führt zu zusätzlichen Verlusten.
Eine elegante Möglichkeit, den nachteiligen Einfluss
mechanischer Einwirkung auf die Lamellen zu verringern und gleichzeitig eine gute Isolation der Lamellen zueinander zu erreichen, ist der Einsatz von Klebstoffen als
Verbindungsmittel. Diese KlebstoffSysteme weisen auch
isolierende Eigenschaften analog zu Elektroisolierlacken auf.
Eine dem Fachmann bekannte Vorgehensweise hierfür ist der Einsatz sogenannter Backlacke. Der Einsatz von Backlacken zum Verkleben von gestanzten Elektroblechen wird beispielsweise in der DE 38 29 068 CI beschrieben. Eine Vorgehensweise zum Einsatz von Backlack ist das Beschichten eines Blechs, insbesondere eines Blechbands, das nachfolgende Herausstanzen einzelner
Lamellen aus dem Blech, das zueinander ausgerichtete
Positionieren der einzelnen Lamellen zueinander und das
nachfolgende Wärmebehandeln des sich ergebenden Blechstapels während eines definierten Zeitraums und bei einer definierten Temperatur. In vielen Fällen werden die Lamellen während der Wärmebehandlung gegeneinander gepresst, zum Beispiel durch eine stirnseitige Kraftbeaufschlagung, bevorzugt mit gleichmäßiger Flächenkraft, in eine axiale Richtung des Blechpakets, die in das Blechpaketinnere hineinweist. Typische Reaktionstemperaturen sind 150 Grad Celsius bis 250 Grad Celsius, eine typische
Zeitdauer für ein Reagieren der Backlacke sind 30 bis 150
Minuten mit einer anschließenden Abkühlphase, wobei die genauen Parameter selbstverständlich von dem konkret verwendeten
Backlack und der Geometrie des Bauteils und der
Verklebeeinrichtung abhängt. Mit dieser Vorgehensweise können im Allgemeinen hervorragende elektromagnetische Eigenschaften von Statorpaketen und/oder Rotorpaketen erreicht werden.
Vor dem Hintergrund des Wunschs nach weiter erhöhter
Effizienz ist Aufgabe der Erfindung, elektromagnetische
Komponenten und elektrische Maschinen mit verbesserter Umsetzung der elektromagnetischen Energie in mechanische Energie
bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie seinen Weiterbildungen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf :
A) Bereitstellen eines Blechs, insbesondere eines nicht mit einem Klebstoff beschichteten Blechs, als Ausgangsmaterial,
B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech,
C) Wärmebehandlung der Lamellen,
D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu dem Blechpaket oder zu einem Abschnitt des Blechpakets.
Die genannten Schritte können beispielsweise in einem sogenannten Inline-Verfahren realisiert sein, aber auch eine Realisierung in sequentiell durchgeführten Stationen ist
möglich .
Der Begriff des Blechs bezeichnet allgemein ein
Walzwerkerzeugnis aus einem metallischen Material, und kann neben einem Feinblech oder einem Grobblech insbesondere auch ein Metallband beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, ein Stahlband oder ein Elektroband bezeichnen.
Aus dem Blech werden Lamellen gestanzt. Das Ausstanzen des Schritts B) erfolgt bevorzugt mit einem Stanzwerkzeug. Bei einem solchen handelt es sich um ein Werkzeug, mit welchem eine, bevorzugt auch gleichzeitig mehr als eine wie beispielsweise vier, Lamellen aus dem Blech ausgestanzt werden. Das Stanzen der Lamellen mit dem Stanzwerkzeug erfolgt bevorzugt derart, dass eine Anzahl von Verbindungsstegen, beispielsweise von drei
Verbindungsstegen, zwischen der jeweils ausgestanzten Lamelle und dem ursprünglich zu dem Stanzwerkzeug transportieren Blech bestehen bleibt, sodass die ausgestanzte Lamelle noch
einstückiger Bestandteil des Blechs ist. Dies dient, einen weiteren Transport der Lamellen gemeinsam mit dem Blech,
insbesondere dem Blechband, durch eine Inline-Anlage zu
ermöglichen .
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mit dem Stanzen sofort eine Trennung der Lamellen aus dem Blech erfolgt. Der wesentliche erfinderische Gedanke ist, dass nach dem Ausstanzen der Lamellen und vor dem Fügen der Lamellen eine Wärmebehandlung der Lamellen vorgesehen ist. Als Wärmebehandlung ist insbesondere das Erwärmen einer Lamelle auf eine vorgegebene Temperatur oder in einen vorgegebenen Temperaturkorridor, das Halten dieser Temperatur für einen vorgegebenen Zeitraum und das, bevorzugt langsame, Abkühlen der Lamelle in einem Ofen gemeint sein.
Die Wärmebehandlung kann in einer Ofenstrecke als
Bestandteil des Inlineverfahrens oder alternativ in einem
Zwischenschritt durchgeführt werden, der in einem geschlossenen Ofen stattfindet.
Es hat sich herausgestellt, dass die in einer elektrischen Maschine auftretenden Verluste signifikant verringert werden konnten, wenn ein Stator und/oder Rotor aus einem
erfindungsgemäß hergestellten Blechpaket verwendet wurden, bei deren Herstellung also nach dem Stanzen der Lamellen und vor dem Fügen der Lamellen eine Wärmebehandlung der Lamellen
durchgeführt wurde. Die Erfinder führen dies darauf zurück, dass durch das Stanzen Eigenspannungen und plastische Verformungen in die Lamellen eingebracht werden, die sich nachteilig auf den Verlauf von Magnetfeldlinien in dem fertiggestellten Blechpaket auswirken. Besonders in Ausführungen, in denen eine der weiter unten genannten Werkstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden und einer der bevorzugten weiter unten genannten Klebstoffe verwendet wird, werden herausragende synergistische Effekte erhalten, die die Herstellung hervorragender elektromagnetischer Komponenten begünstigen, da eine hohe Reaktivität und
Lagerstabilität des Klebstoffs mit sehr guten magnetischen
Materialeigenschaften einhergehen .
In einer ersten alternativen Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte: Dl) Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer
KlebstoffbeSchichtung,
D2 ) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung, wobei danach die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen Position- und/oder winkelausgerichtet übereinanderpositioniert werden und stirnseitig mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft beaufschlagt werden.
Alle Schritte Dl) bis D3) werden nach dem Schritt C) und
selbsterklärend in der Reihenfolge Dl), D2 ) , D3) durchgeführt, Ausgangsmaterial für das Fügen der Lamelle ist somit die bereits wärmebehandelte Lamelle.
Das Aufbringen des Klebstoffs kann insbesondere als
vollständiges oder im Wesentlichen vollständiges Aufbringen des Klebstoffs auf die Oberfläche der Lamelle ausgeführt werden. Im Sinne dieser Weiterbildung bedeutet der Begriff „im
Wesentlichen", dass mindestens 50 Prozent, 55 Prozent, 60
Prozent, 65 Prozent, 70 Prozent, 72 Prozent, 74 Prozent, 76 Prozent, 78 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, 82 Prozent, 84
Prozent, 86 Prozent, 88 Prozent, besonders bevorzugt 90 Prozent, 91 Prozent, 92 Prozent, 93 Prozent, 94 Prozent, 95 Prozent, insbesondere 96, 97, 98, 99 oder 100 Prozent der Fläche
mindestens einer Seite der Lamelle mit Klebstoff bedeckt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der auf der Lamelle
aufgebrachte Klebstoff in einem Trocknungsbereich,
beispielsweise als separate Trocknungseinheit oder als
Trocknungsabschnitt einer Inline-Anlage ausgebildet, thermisch behandelt wird zum Trocknen des Klebstoffs.
Diese Variante des Verfahrens wird bevorzugt in einem sogenannten Inline-Prozess in einer Inline-Anlage durchgeführt. Aber auch sequentiell durchgeführte Varianten sind möglich, soweit der wesentliche Aspekt berücksichtigt wird, dass das Fügen nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird.
Der Begriff der Inline-Anlage bezieht sich darauf, dass eine Anzahl von Bearbeitungsstationen, nämlich wenigstens die oben genannten, in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet sind, und in die Inline-Anlage hineingeführtes Blech, beispielsweise Elektroband, automatisiert an den vorgegebenen Stationen
bearbeitet werden.
Das Aktivieren wird bevorzugt herbeigeführt mittels
Beleuchtens der Klebstoffbeschichtung mit Infrarotstrahlung mittels eines Mittels zur Ausgabe von Infrarotstrahlung.
Die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung können
insbesondere als NIR-Emitter ausgebildet sein, also als
Leuchtmittel, die zur Ausgabe von elektromagnetischer Strahlung im NIR-Wellenlängenspektrum, also mit Wellenlängen zwischen 780 nm bis 3 pm ausgebildet ist.
Das Beleuchten der Formteile erfolgt in einer bevorzugten Verfahrensführung in einem NIR-Wellenlängenbereich, wobei bevorzugt eine Wellenlänge zwischen 0,8 Mikrometern und 1,2 Mikrometern verwendet wird und besonders bevorzugt ein Maximum der Leuchtleistung bei NIR-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,85 Mikrometern und 0,9 Mikrometern erreicht wird.
Wenn das Verfahren in einer Inline-Anlage realisiert wird, weist die Inline-Anlage bevorzugt einen Auspressstempel auf. Dieser Auspressstempel ist ein Stempel, welcher durch zur
Blechoberfläche senkrechte Kraftauswirkung die noch mit einem Steg oder mehreren Stegen mit dem Blech, insbesondere Blechband, verbundenen Lamellen nach dem Aktivieren des Klebstoffs
sequentiell durch Trennen des Stegs beziehungsweise der Stege von dem Blech trennt.
Innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Aktivieren müssen die Lamellen zusammengeführt werden und danach muss das Trocknen und Erstarren des Klebstoffs abgewartet werden. Bei Verwendung von geeigneten KlebstoffZusammensetzungen weist das Blech eine Oberfläche mit einer kurzen
Aktivierungszeit von beispielsweise 0,5 bis 1 Sekunde und eine kurze Aushärtungszeit von nur wenigen Sekunden auf.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung (in Reihenfolge der Bearbeitung ausgedrückt) hinter dem Stanzwerkzeug angeordnet sind, bevorzugt zwischen dem Stanzwerkzeug und einem Auspressstempel angeordnet sind, und aufweisen :
- mindestens ein oberes Leuchtmittel, das in eine
Stanzrichtung auf eine erste Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- mindestens ein unteres Leuchtmittel, das gegen eine
Stanzrichtung auf eine jenseits des Stanzwerkzeugs vorhandene zweite Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- sowohl mindestens ein oberes als auch mindestens ein unteres Leuchtmittel.
Die Ausrichtung des Leuchtmittels auf die Lamellenoberfläche muss nicht zwingend rechtwinklig erfolgen, sondern kann auch in einem anderen Winkel, vorgenommen sein.
Ob die erste und/oder die zweite Lamellenoberfläche mit dem Leuchtmittels ausgeleuchtet wird, hängt selbstverständlich davon ab, ob einseitig oder beidseitig beschichtete Lamellen verwendet werden. In dem ersten Fall und in dem zweiten Fall können
Lamellen mit einer einseitigen Klebstoffbeschichtung verwendet werden, insbesondere in dem dritten Fall können Lamellen mit einer beidseitigen Klebstoffbeschichtung verwendet werden mit dem Vorteil, dass aufeinander angeordnete Lamellen sehr gut aneinander haften.
In einer zweiten alternativen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Fügen der Lamellen auf andere Weise, nämlich für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell mit den folgenden Schritten: Dl) Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer
Klebstoffbeschichtung, optionale nachfolgende thermische
Behandlung zum Trocknen der Klebstoffbeschichtung,
D2 ) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) position- und/oder winkelausgerichtetes
Übereinanderpositionieren der Lamellen,
D4) stirnseitiges Beaufschlagen der
übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer
Richtung weisenden Druckkraft,
D5) Erwärmen der übereinanderpositionierten und zumindest zeitweise mit der Druckkraft beaufschlagten Lamellen für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur zum Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung.
Gegebenenfalls kann nach Schritt Dl) und vor oder nach
Schritt D2 ) ein thermisches Trocknen der Klebstoffbeschichtung in einer Trocknungsstation erfolgen.
Die zweite alternative Weiterbildung des Verfahrens
unterscheidet sich von der ersten alternativen Weiterbildung insbesondere dadurch, dass der aufgebrachte Klebstoff nicht mittels einer thermischen Aktivierung, beispielsweise mit einer Infrarotstrahlung, der einzelnen Lamelle vor dem Zusammenbringen der einzelnen Lamellen erfolgt, sondern dass stattdessen das thermische Aktivieren nach dem Zusammenbringen der Lamellen erfolgt, nämlich durch Erwärmen in einem Ofen.
Das Aufbringen des thermisch aktivierbaren Klebers erfolgt bei beiden der alternativen Weiterbildungen bevorzugt, indem der Klebstoff als wässrige Dispersion bereitgestellt wird, die auf die Lamellen aufgebracht wird. Das Aufbringen erfolgt bevorzugt mittels Aufsprühens, aber auch ein Applizieren mittels Rolle-zu- Rolle-Verfahren, insbesondere mit einander gegenläufigen Rollen, ist möglich. Das Aufbringen des Klebstoffs kann insbesondere als vollständiges oder im Wesentlichen vollständiges Aufbringen des Klebstoffs auf die Oberfläche der Lamelle ausgeführt werden. Im Sinne dieser Weiterbildung bedeutet der Begriff „im
Wesentlichen", dass mindestens 50 Prozent, 55 Prozent, 60
Prozent, 65 Prozent, 70 Prozent, 72 Prozent, 74 Prozent, 76 Prozent, 78 Prozent, bevorzugt 80 Prozent, 82 Prozent, 84
Prozent, 86 Prozent, 88 Prozent, besonders bevorzugt 90 Prozent, 91 Prozent, 92 Prozent, 93 Prozent, 94 Prozent, 95 Prozent, insbesondere 96, 97, 98, 99 oder 100 Prozent der Fläche
mindestens einer Seite der Lamelle mit Klebstoff bedeckt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass der auf der Lamelle
aufgebrachte Klebstoff in einem Trocknungsbereich,
beispielsweise als separate Trocknungseinheit oder als
Trocknungsabschnitt einer Inline-Anlage ausgebildet, thermisch behandelt wird zum Trocknen des Klebstoffs.
Es handelt sich um eine Vorgehensweise, welche dem bekannten Backlackverfahren ähnlich ist und sich in der Vorgehensweise zur Aktivierung des Klebstoffs von der ersten Alternative
unterscheidet .
Der vorgegebene Zeitraum in Schritt D5 beträgt bevorzugt zwischen 5 min und 60 min, besonders bevorzugt zwischen 10 und 40 min.
Als vorgegebene Temperatur ist in Schritt D5 eine Temperatur zwischen 100 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 150 °C vorgesehen.
Bei beiden der oben erläuterten alternativen Weiterbildungen wird eine elektrische Komponente, ein Statorpaket oder ein Teil eines Statorpakets hergestellt, indem Lamellen miteinander verklebt werden, die nach dem Ausstanzen und vor dem Verkleben einer Wärmebehandlung unterzogen worden sind. Es wird dadurch die bereits eingangs erläuterte Verbesserung des magnetischen Verhaltens der einzelnen Lamellen infolge der Wärmebehandlung, gemäß Untersuchungen der Erfinder aufgrund eines Spannungsabbaus und/oder Rekristallisierung beziehungsweise Kornvergrößerung insbesondere in Kantenbereichen der Lamellen, kombiniert mit einem Verfahren zum Fügen der Lamellen, das ohne bleibende
Formveränderung, elektrische Verbindung der Lamellen
untereinander oder Druckausübung auf eine oder mehrere Lamellen der elektrischen Komponente oder des Statorpakets ausbleibt. Das Ergebnis ist die Bereitstellung von elektrischen Komponenten, insbesondere Statorpaketen oder Blechpaketen, die hervorragend zur Nutzung in elektrischen Maschinen, insbesondere
Elektromotoren mit hoher Effizienz, insbesondere mit hohem
Wirkungsgrad geeignet sind.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird mindestens eine elektromagnetische Komponente nach einem der vorher
beschriebenen Verfahren hergestellt und mindestens eine
elektromagnetische Komponente über ein konventionelles Verfahren hergestellt. Dies ermöglicht elektrische Maschinen in der Art herzustellen, dass die Eigenschaften der elektromagnetischen Komponenten bedarfsgerecht eingestellt werden. Beispielsweise wird für einen schnelldrehenden, hocheffizienten Elektromotor der Rotor stanzpaketiert und weist daher mindestens die
ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials auf und hat damit eine hier relevante hoher (Betriebs ) Festigkeit gegenüber plastischer Verformung oder Bersten. Der Stator dagegen wird mittels oben beschrieben Verfahren geglüht und verklebt und weist daher hier relevante geringste Verluste auf.
Mit anderen Worten: Es kann vorgesehen sein, eine
elektrische Maschine bereitzustellen, aufweisend eine erste elektromagnetische Komponente, hergestellt mit einem
erfindungsgemäßen Verfahren oder einer seiner Weiterbildungen, sowie eine zweite elektromagnetische Komponente, hergestellte mit einem konventionellen Verfahren, das heißt insbesondere: hergestellt aus Lamellen, die aus einem Blech ausgestanzt wurden und gefügt, insbesondere geklebt, beispielsweise mittels
Backlack-Klebens, werden, ohne dass nach dem Ausstanzen und vor dem Fügen eine Wärmebehandlung der Lamellen analog zu Schritt C des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner
Weiterbildungen vorgenommen wird. Das bedeutet, dass die erste elektromagnetische Komponente im Schritt C) wärmebehandelte Lamellen und die zweite elektromagnetische Komponente nach dem Ausstanzen nicht wärmebehandelte Lamellen aufweist. Insbesondere kann es sich bei der ersten elektromagnetischen Komponente um den Stator der elektrischen Maschine handeln und bei der zweiten elektromagnetischen Komponente um den Rotor der elektrischen Maschine handeln. Eine derartige Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der Stator die erfindungsgemäß erreichbaren hervorragenden elektromagnetischen Eigenschaften aufweist, bei dem Rotor hingegen aufgrund Verzicht auf ein Glühen eine Herabsetzung der bei dem Rotor als rotierendes Bauteil wichtigen mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit, vermieden wird.
Die nachfolgend genannten Sachverhalte sind sowohl für die erste alternative Weiterbildung, die zweite alternative
Weiterbildung als auch für all ihre Varianten und
Weiterbildungen zutreffend.
Das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung in Schritt D2 wird bevorzugt durchgeführt, wobei eine optische Inspektionsmethode verwendet wird. Insbesondere kann das Verfahren derart
automatisiert sein, dass eine Lamelle nur dann bei dem Fügen verwendet wird, wenn die optische Inspektionsmethode eine ausreichend gleichmäßige Dickenverteilung der
Klebstoffbeschichtung erkennt, und ansonsten die Lamelle als Ausschuss aus dem Verfahren entfernt wird.
Als optische Inspektionsmethode wird besonders bevorzugt die Erfassung einer Wärmeabbildung der Klebstoffbeschichtung, bevorzugt der noch nicht trockenen Klebstoffbeschichtung, mittels einer Wärmebildkamera durchgeführt. So können nur unzureichend mit Klebstoff beschichtete Proben sicher erkannt werden und eine ausreichende mechanische Stabilität der
Blechpakete gewährleistet werden. Wann eine Probe als unzureichend beschichtet anzusehen ist, liegt im Ermessen des mit der Durchführung der Erfindung beauftragten Fachmanns und ist für die prinzipielle Funktionsweise der beschriebenen
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens unerheblich.
Zum position- und/oder winkelausgerichteten
Übereinanderpositionieren der Lamellen werden die Lamellen bevorzugt in eine Aufnahmevorrichtung eingeführt, in welcher sich ein Positionierbereich befindet. Der Positionierbereich dient dem position- und/oder winkelausgerichteten Positionieren der jeweils in den Positionierbereich eingeführten Lamelle gegenüber den bereits dort vorhandenen Lamellen, sodass
schließlich ein Stapel einander ausgerichteter und mit
aktiviertem Klebstoff versehener Lamellen erhalten wird.
Der Positionierbereich kann beispielsweise ein zylindrisches Rohr sein, welches beispielsweise als zylindrisches Hohlrohr mit einem Mantelquerschnitt ausgebildet ist, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Formteile entspricht und mit diesem in
vorgesehener Positionierung ausgerichtet ist. Zur Ausübung der erforderlichen Druckkraft ist ein Druckstempel vorgesehen, der den Lamellenstapel stirnseitig mit einer axialen Kraft
beaufschlagt .
Das Beaufschlagen der übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft bezeichnet das beaufschlagen mit einer Druckkraft, die in eine senkrecht zur Lamellenoberfläche gerichtete Richtung zur Komprimierung der einzelnen Lamellen gegeneinander auf eine Stirnseite des Pakets der gefügten Lamellen ausgeübt wird, bevorzugt mit gleichmäßiger Flächenpressung .
Bevorzugt ist das Blech eine Platine aus einem Elektroband oder ein Elektroband, wobei das Blech besonders bevorzugt aus einem nicht kornorientierten Elektroband besteht.
Bevorzugt ist die Verwendung eines Werkstoffs, der neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen folgende Elemente enthält (alle Angaben in in Gew.-%) : 0,1 bis 3,50 Si,
0, 01 bis 1, 60 Al,
0,07 bis 0,65 Mn,
optional bis zu 0,25 P.
Es versteht sich bei der Angabe von metallischen Legierungen im Rahmen dieser Anmeldung, dass die Gew-%-Angaben aller
Bestandteile inklusive unvermeidbarer Verunreinigungen sich zu 100 Gew.-% addieren.
Bevorzugt der Werkstoff ein nichtkornorientierter Stahl, der neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen folgende Elemente enthält (alle Angaben in in Gew.-%) :
0,1 bis 3,50 Si,
0, 01 bis 1, 60 Al,
0,07 bis 0,65 Mn,
optional bis zu 0,25 P.
Besonders bevorzugt werden neben einer der vorgenannten außerdem die nachfolgenden Bedingungen eingehalten (alle Angaben in Gew.- %) :
2,3 bis 3,40 Si,
0,3 bis 1, 1 Al,
0,07 bis 0,250 Mn,
optional bis zu 0,030 P, Rest Fe und unvermeidbare
Verunreinigungen .
Bevorzugt weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische
Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 0,7 bis 7 W/kg und bei PI, 5; 50 Hz im Bereich von 1,8 bis 15 W/kg auf und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,71 T und bei J5000 im Bereich von 1,6 T bis 1,8 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2.
In einer bevorzugteren Ausführungsform weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 0,8 bis 3,5 W/kg und bei PI, 5; 50 Hz im Bereich von 1,9 bis 8,0 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,47 bis 1,71 T und bei J5000 im Bereich von 1,58 bis 1,80 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 1,0 bis 1,5 W/kg und bei PI, 5; 50 Hz im Bereich von 2,2 bis 3,3 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,47 bis 1,57 T und bei J5000 im Bereich von 1,58 bis 1,65 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
Vorzugsweise weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech spezifische
Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 8 bis 120 W/kg; bei PI, 5; 400 Hz von 18 bis 360 W/kg; und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,75 T und bei J5000 im Bereich von 1,45 T bis 1,85 T und bei J10.000 im
Bereich von 1,50 und 1,95 T ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2 auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Werkstoff spezifische Ummagnetisierungsverluste bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 10 bis 25 W/kg; bei PI, 5; 400 Hz von 25 bis 49 W/kg; und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1,45 T bis 1,75 T und bei J5000 im Bereich von 1,45 T bis 1,85 T und bei J10.000 im Bereich von 1,50 und 1,95 T ermittelt in
Anlehnung an DIN EN 60404-2 auf.
Vorzugsweise weist das nicht kornorientierte Elektroband oder das nicht kornorientierte Blech eine Streckgrenze in
Längsrichtung bei Standardnormalbedingungen von 190 bis 610 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 310 bis 740 MPa und eine Mindestbruchdehnung A80 von 6 bis 48 % gemessen in Anlehnung an DIN EN ISO 6892-1 sowie eine Härte Hv5 von 100-250 auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Werkstoff eine Streckgrenze in Längsrichtung bei Raumtemperatur von 310 bis 600 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 400 bis 640 MPa sowie eine Bruchdehnung A80 von 7 bis 32 % gemessen in Anlehnung an DIN EN ISO 6892-1 sowie eine Härte Hv5 von 130-250 auf .
Das Material weist bevorzugt eine Anisotropie bei P1,0; 400 Hz im Bereich von 5 bis 17 % auf.
Das Ausgangsmaterial kann aber auch ein weichmagnetischer Werkstoff sein, neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehend aus (alle Angaben in Gew.-%) :
0, 1 bis 4,0 Si,
0, 01 bis 2, 60 Al,
0,07 bis 3,0 Mn,
optional bis zu 0,5 P,
optional bis zu 0,015 B,
optional bis zu 0,2 Sb,
optional bis zu 0,01 Zn,
optional bis zu 5 Cr,
optional bis zu 5 Ni,
optional bis zu 0,25 V,
optional bis zu 0,5 Sn,
optional bis zu 0,01 As,
optional bis zu 0,3 Nb,
optional bis zu 0,5 W,
optional bis zu 0,85 Zr,
optional bis zu 0,2 Mo,
optional bis zu 1,0 Cu,
optional bis zu 0,5 Ti,
optional bis zu 0,5 C,
optional bis zu 0,01 Ce.
Geeignet und bevorzugt verwendet werden Bleche, insbesondere Elektroband, mit einer Dicke zwischen 0,05 und 2,5 mm, wobei
Dicken zwischen 0,1 und 1,0 mm bevorzugt werden. Je nach Anwendung der elektrischen Maschine werden besonders bevorzugt Dicken zwischen 0,5 und 1,0 mm eingesetzt. Gemäß einer Ausführungsform wird Wärmebehandlung als
Spannungsarmglühen durchgeführt. Das bedeutet insbesondere, dass die Lamellen auf eine Temperatur oder auf Temperaturen innerhalb eines Temperaturkorridors erwärmt werden, die unterhalb der Acl- Temperatur des jeweils verwendeten Materials liegt. Als
Temperatur kann beispielsweise eine Temperatur zwischen 200 °C und 650 °C vorgesehen sein. Das Erwärmen erfolgt langsam, beispielsweise mit einem gleichmäßigen Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur in der Regel für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, bevorzugt wenigstens 1 Stunde, gehalten, bevor ein langsames Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter Schutzgasatmosphäre und/oder an Luft, erfolgt. Ein Spannungsarmglühen ist dann die geeignete Methode, wenn das als Ausgangsmaterial vorliegende Blech bereits die gewünschten Korngrößen aufweist.
Alternativ kann die Wärmebehandlung als Weichglühen
durchgeführt werden. Das Erwärmen erfolgt langsam,
beispielsweise mit einem gleichmäßigen Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 1 Minute, bevorzugt zwischen 1 Stunde und 7 Stunden und noch bevorzugter zwischen 1,4 Stunden und 4 Stunden, gehalten, bevor ein langsames
Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter Schutzgasatmosphäre oder/und an Luft, erfolgt. Alternativ kann die Wärmebehandlung als Rekristallisationsglühen durchgeführt werden. Das Erwärmen erfolgt langsam, beispielsweise mit einem gleichmäßigen
Aufwärmen von weniger als 10 Kelvin pro Minute. Hiernach wird die Temperatur für eine längere Zeit, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, bevorzugt zwischen 1 Stunde und 7 Stunden und noch bevorzugter zwischen 1,5 Stunden und 4 Stunden, gehalten, bevor ein langsames Abkühlen, beispielsweise ein Abkühlen unter
Schutzgasatmosphäre oder je nach Temperatur an Luft, erfolgt.
Die Temperatur und die Haltezeit in Abhängigkeit von der
Temperatur werden bevorzugt in Abhängigkeit davon gewählt, ob ein Kornwachstum gewünscht ist und welche Zielkorngröße bei welchem Ausgangsmaterial (Legierung, Sorte, Korngröße, Geometrie und ähnlichem) gewünscht ist.
Die oben für den Glühschritt definierten Temperatur- und Zeitangaben beziehen sich auf eine Wärmebehandlung, die als sequentieller Wärmebehandlungschritt in einem Glühofen
durchgeführt werden. Wird die Glühung im in einem
Durchlaufverfahren durchgeführt, sind die Glühbedingungen selbstverständlich anzupassen, was dem Fachmann unproblematisch möglich ist.
Besonders bevorzugt werden beide Oberflächen der Lamellen mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff beschichtet, sodass bei dem Fügen der Lamellen Klebstoffoberfläche an
Klebstoffoberfläche grenzt mit dem Vorteil einer sehr guten Haftung aneinander.
Als Klebstoff wird bevorzugt ein Klebstoff verwendet, der enthält :
60 Gewichtsteile eines Epoxidharzes bezogen auf seine Festharzform,
0,5 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Härters,
1 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers.
Bevorzugt weist der Klebstoff 1 bis 10 Gewichtsteile des latenten Härters, besonders bevorzugt 2 bis 5 Gewichtsteile des latenten Härters auf.
Der Begriff des latenten Härters bezeichnet einen Stoff, welcher zur Härtung des Epoxidharzes dient, für das Härten jedoch aktiviert werden muss, insbesondere durch Zufuhr von chemischer und/oder thermischer Energie. Der latente Härter wird dem Klebstoff beispielsweise als in Pulverform vorliegender Feststoff zugegeben.
Der Begriff des latenten Beschleunigers bezeichnet einen Stoff, welcher die Härtung des Epoxidharzes durch den latenten Härter beschleunigt. Das Attribut latent bezieht sich auch im Zusammenhang mit dem Beschleuniger darauf, dass auch der Beschleuniger zur Erfüllung seiner Funktion zuvor durch chemische und/oder thermische Energie aktiviert werden muss. Der latente Beschleuniger wird dem Klebstoff beispielsweise als in Pulverform vorliegender Feststoff zugegeben.
Die oben angegebene Zusammensetzung bezieht sich auf die Mischung von den als Festkörper vorliegenden Komponenten in den angegebenen Gewichtsteilen zu einer Klebstoffmischung, welche in Dispersion und/oder Lösung mit einer geeigneten Flüssigkeit zu dem Klebstoff wird, der eine Klebstoffbeschichtung bilden kann. In verwendbarem Zustand, also in zur Beschichtung geeigneten Form, liegt der Klebstoff mit den angegebenen Komponenten bevorzugt als Dispersion der oben angegebenen Zusammensetzung in einem Dispersionsmedium, insbesondere als wässrige Dispersion, vor .
Dadurch, dass Lamellen mit einem thermisch aktivierbaren Klebstoff beschichtet werden sind elektromagentische
Komponenten, insbesondere Statorpakte oder Rotorpakete von sehr hoher Qualität auf flexible Weise herstellbar. Dadurch, dass der Klebstoff zunächst thermisch aktiviert werden muss, kann die Klebefunktion nach dem Ausnehmen von Lamellen aus dem Blech und dem Beschichten mit dem Klebstoff, beispielsweise durch Stanzen, zu einem gewünschten Zeitpunkt beziehungsweise zu einem
gewünschten Verfahrensschritt vorgenommen werden. Innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Aktivieren müssen die Lamellen zusammengeführt werden und danach muss das Trocknen und
Erstarren des Klebstoffs abgewartet werden. Nur so können fehlerfreie, nicht delaminierte und geometrisch genaue,
mechanisch stabile Pakete erzeugt werden.
Mit einer wie oben angegeben ausgeführten
KlebstoffZusammensetzung weisen die Lamelle jeweils eine
Oberfläche mit einer kurzen Aktivierungszeit von beispielsweise 0,5 bis 1 Sekunde und eine kurze Aushärtungszeit von nur wenigen Sekunden auf. Diese Eigenschaften gehen mit einer vergleichsweise hohen Temperaturbeständigkeit und einer vergleichsweise hohen Isolations- und Alterungsfähigkeit einher.
Das in dem bevorzugt verwendeten Klebstoff vorhandene
Epoxidharz umfasst eine oder mehrere Epoxidharzkomponenten mit mehr als einer Epoxidgruppe, von denen vorzugsweise mindestens ein Epoxidharz ein Erweichungspunkt größer 50° Celsius besitzt.
Bei den Epoxidharzen kann es sich beispielsweise um
aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Epoxidharze handeln. Aliphatische Epoxidharze beinhalten Komponenten, die sowohl eine aliphatische Gruppe als auch mindestens zwei
Epoxidharzgruppen tragen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Epoxidharz Bisphenol A- Epoxidharz .
Als latenter Härter wird eine Substanz oder ein Gemisch von Substanzen verwendet, die vorzugsweise bei Temperaturen im
Bereich von 80° Celsius bis 200° Celsius Härtungsreaktionen mit den Epoxidharzen des Klebstoffs eingehen.
Der Härter kann Dicyandiamide, Aziridinderivate,
Triazinderivate, Imidazoline, Imidazole, o-Tolylbiguanid, cyclische Amidine, organische Hexafluoroantimonat- oder
Hexafluorophosphat-Verbindungen oder BF3-Aminkomplexe enthalten. Die Verbindungen können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden .
Der Klebstoff kann in einer Ausgestaltung 1 bis 10
Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, bevorzugt 1 bis 5 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, besonders bevorzugt 2 bis 5 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers, ganz besonders bevorzugt 2 bis 4 Gewichtsteile eines latenten
Beschleunigers enthalten.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Klebstoff weiterhin 0,2 bis 8 Gewichtsteile, bevorzugt 0,2 bis 4 Gewichtsteile, Absorptionsadditive aufweist. Die
Absorptionsadditive, die gemäß dieser weiterführenden Idee vorgesehen sein kann, ist aus der Gruppe der Flammrüße und/oder aus der Gruppe der wasserlöslichen Farbstoffe ausgewählt.
Der Begriff der Absorptionsadditive bezeichnet einen Stoff, der Wärmestrahlung absorbiert. Eine Wärmestrahlung
absorbierender Stoff geht insbesondere mit dem Vorteil einher, dass die Nutzung eines Verfahrens effizienter ermöglicht wird, bei welchem die thermische Aktivierung des Klebstoffs mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mittels Bestrahlens mit Licht im IR-Wellenlängenbereich erfolgt, bevorzugt im NIR- Wellenlängenbereich .
Bevorzugt enthält der Klebstoff eines oder mehrere der dem Fachmann bekannten Isolationsadditive, wobei der Begriff der Isolationsadditive sich auf speziell zur Erhöhung des
elektrischen Widerstands des Klebstoffs bereitgestellte Additive bezieht. Die Isolationsadditive können in Mengen von 1 bis 10 Gwichtsteilen, bevorzugt 1 bis 5 Gewichtsteilen, in dem Kleber enthalten sein.
Bevorzugt weist der latente Beschleuniger ein
Harnstoffderivat auf.
Besonders bevorzugt ist das Harnstoffderivat ein N,N- Dimethylharnstoff oder ein N, N '-Dimethylharnstoff oder ein bifunktionelles Harnstoffderivat, bevorzugt mit zwei
Harnstoffgruppen als funktionelle Gruppen, im speziellen
besonders bevorzugt ein 4 , 4 ' -Methylen-bis-
(Phenyldimethylharnstoff) , oder eine Mischung mehrerer der vorgenannten .
Der im Klebstoff enthaltene latente Beschleuniger besteht vorzugsweise zu wenigstens 50 Gew.-%, noch bevorzugter
wenigstens 90 Gew.-%, noch bevorzugter zu wenigstens 98 Gew.-%, speziell bevorzugt vollständig, aus 4 , 4 ' -Methylen-bis- (Phenyldimethylharnstoff) .
Es kann vorgesehen sein, dass die Klebstoffbeschichtung auf den Lamellen einseitig oder beidseitig aufgebracht wird. Wenn beidseitig eine Klebstoffbeschichtung aufgebracht wird, kann die Dicke der Beschichtung gleich sein, aber auch unterschiedliche Dicken können vorgesehen sein.
Als bevorzugte Dicke der Klebstoffbeschichtung, das bedeutet bei einseitigem Klebstoff die Dicke der Beschichtung auf der einen Seite beziehungsweise bei zweiseitiger
Klebstoffbeschichtung die Gesamtdicke der Klebstoffbeschichtung auf beiden Seiten addiert, beträgt zwischen 1 Mikrometern und 20 Mikrometern, bevorzugt zwischen 2 und 10 Mikrometern, besonders bevorzugt zwischen 4 Mikrometern und 8 Mikrometern.
Alle der genannten vorteilhaft zu verwendenden Klebstoffe weisen nicht zuletzt den Vorteil auf, dass sie als wässrige Dispersion bereitgestellt werden können und dadurch für ein Aufbringen auf die Lamellen, beispielsweise mittels Sprühens, geeignet sind.
Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass aufgrund der hohen Reaktivität des Klebstoffes nur ein vergleichsweise kurzer und geringer Wärmeeintrag in die Klebstoffbeschichtung zum Fügen der Lamellen erforderlich ist, sodass für die mechanischen
Eigenschaften der Lamellen im Besonderen der erfindungsgemäß ausgeführte Schritt C) entscheidend ist und bleibt, sodass mittels Optimierens eines einzigen Schrittes weitgehend
abschließend die mechanischen Eigenschaften der fertiggestellten Komponente einstellbar sind.
Potentielle Vorteile ergeben sich beispielsweise für die elektromagnetische, mechanische und thermische
Maschinenauslegung, die Möglichkeit einer anderen Blechwahl, höhere Konstruktionsfreiheit im Lamellendesign und Vorteile hinsichtlich möglicher Bauteiltoleranzen und Medien- und/oder Wärmeführung. Weitere Vorteile ergeben sich in der Komponenten- und Maschinenfertigung (beispielsweise bei Handhabung von kompakten und soliden Bauteilen) und der mechanischen
Bearbeitung. Weitere Vorteile sind bei elektrischen Maschinen mit einem der erfindungsgemäßen Bleche oder einer seiner
Weiterbildungen eine höhere Leistung und Effizienz, ein geringerer erforderlicher Bauraum, bessere geometrische Eigenschaften (beispielsweise erreichbar mittels Nachverdichten gegen einen Anschlag, insbesondere mit konstanter
Flächenpressung, mit dem Vorteil der besseren Maßhaltigkeit der elektromagnetischen Komponente) sowie, je nach Auslegung, akustische Vorteile.
Es kann vorgesehen sein, dass unmittelbar hinter der
Beschichtungsstation ein Oberflächeninspektionssystem angeordnet ist, beispielsweise eine Wärmebildkamera, wahlweise ein
Schichtdickenmesssystem, welches den Beschichtungsprozess überwacht und als Nebenprodukt eine zusätzliche
Qualitätskontrolle bezüglich größerer Fehler oder Löcher im Elektroband ermöglicht. Zur Locherkennung kann auch eine
Lichtquelle in die Lamellenhalterung integriert werden, sodass bei Löchern der Sensor diese erkennt und die Lamelle automatisch aus dem Prozess aussortiert.
In der Positionierstation können Messspulen zur Überprüfung der elektromagnetischen Eigenschaften des Pakets enthalten sein, um Einfluss und Messgrößen über Sensoren zu erfassen und in einer Datenbank zu speichern, alternativ oder zusätzlich über eine Schnittstelle an ein weiteres System weiterzugeben. Ferner kann beispielsweise vorgesehen sein, eine Identifikationsnummer einer Lamelle oder einer elektrischen Komponente mittels eines Lasers zum Beispiel in die Klebstoffbeschichtung einzuschreiben.
Es kann vorgesehen sein, nach Abschluss des Verfahrens zur Herstellung eines Blechpakets dessen Kanten zu reinigen, um eventuelle Kleberreste an einer Blechpaketkante oder
Blechpaketseite zu beseitigen. Die Reinigung kann chemisch und/oder mechanisch erfolgen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen beispielhaft
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten wie auch nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind.
Es zeigen:
Fig.l: eine schematische Darstellung einer ersten
Weiterbildung der Erfindung als Ausführungsform,
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer alternativen Weiterbildung der Erfindung als Ausführungsform.
In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, dass ein als nicht kornorientiertes Elektroband ausgebildetes Blech 1 als
Ausgangsmaterial bereitgestellt wird. Mit einem Stanzwerkzeug 4 wird eine Anzahl von Lamellen 2 aus dem Blech ausgestanzt, die in der gezeigten Ausführungsform in einem Stapel 3 gesammelt werden. Die Lamellen werden nach dem Stanzen in einem Ofen 5 wärmebehandelt. Die genaue Weise der Wärmebehandlung obliegt dem Fachmann und ist insbesondere vom Ausgangsmaterial abhängig, für den Fall, dass ein Kornwachstum nicht mehr gewünscht wird, kann es sich bei der Wärmebehandlung insbesondere um ein dem Fachmann bekanntes Spannungsarmglühen handeln, also ein langsames
Erwärmen in einen Temperaturkorridor unterhalb Acl, langes Halten in diesem Temperaturkorridor, beispielsweise für 60 Minuten, und langsames Abkühlen aus Raumtemperatur. Dadurch, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, werden Lamellen erhalten, in denen aufgrund des Ausstanzens noch vorhandene Eigenspannungen, insbesondere in den Kantenregionen, entfernt oder zumindest in hohem Maße entfernt sind. Mit den so
erhaltenen Lamellen kann mit dem Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu dem Blechpaket oder zu einem Abschnitt des
Blechpakets begonnen werden. Für das Fügen der Lamellen wird jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell mit einem Förderband zu verschiedenen Bearbeitungsstationen befördert. In einer ersten Arbeitsstation 6 wird mittels einer
Sprühvorrichtung 6' ein als wässrige Dispersion vorliegender Klebstoff vollflächig appliziert. Die Lamellen weisen danach also eine thermisch aktivierbare Klebstoffbeschichtung auf.
Unmittelbar nach dem Beschichten wird in einer Prüfstation 7 mittels Wärmeabbildungskamera 7 ' und angeschlossener
Auswerteeinrichtung die ausreichende Fehlerfreiheit der
applizierten Beschichtung geprüft und gegebenenfalls Ausschuss ausgesondert. Optional kann noch eine Trockenstation vorgesehen sein, um die Klebstoffbeschichtung zu trocknen.
Die mit einer ausreichend fehlerfreien Beschichtung
versehenen Lamellen werden hiernach an einer Aktivierungsstation unter eine NIR-Beleuchtungseinrichtung 8 ' mit NIR-Strahlung, bevorzugt mit einer Emissionsleistung zwischen 5 kW und 20 kW, bestrahlt zum Aktivieren des Klebstoffs der
KlebstoffbeSchichtung .
Nach dem Aktivieren des Klebstoffs werden die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen position- und/oder
winkelausgerichtet übereinanderpositioniert 3 ' . Hiernach
beaufschlagt ein Druckstempel 9 den Stapel 3 ' der Lamellen stirnseitig mit einer Druckkraft, welche das Blechpaket axial verdichtend gerichtet ist. Bevorzugt wird dabei eine
gleichmäßige Flächenpressung ausgeübt, sodass die in axialer Richtung ausgeübte Kraft an jedem Ort der Stirnseite gleich ist.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dahingehend, dass keine Aktivierungsstation 8 vorgesehen ist. Stattdessen wird die Anzahl der an Station 6 beschichteten und an Station 7 inspizierten Lamellen position- und/oder
winkelausgerichtet übereinanderpositioniert und die Lamellen werden in einem Ofen 9 für einen ausreichend langen Zeitraum, beispielsweise wenigstens 30 Minuten, auf einer Temperatur zwischen 100 °C und 250 °C erwärmt und gehalten, um den
Klebstoff zu Aktivieren. Die Verdichtung des Blechpakets mittels Druckbeaufschlagung mit Stempel 9 findet gleichzeitig statt. Ausführungsformen, in denen das gesamte Verfahren in einem Inline- beziehungsweise Durchlaufprozess durchgeführt wird, sind gleichwertig zu den in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellten
Verfahrensführungen, insbesondere findet kein Sammeln der
Lamellen im Stapel 3 statt, sondern die Lamellen bleiben an einem oder mehreren Stegen, insbesondere drei Stegen, am Blech befestigt um durch Transportieren des Blechs durch den Prozess transportiert zu werden. Weiterhin kann beispielsweise anstelle des Ofens 5 ein Durchlaufofen verwendet werden und nach Schritt Station 8 (Fig. 1) beziehungsweise nach Station 7 (Fig. 2) ein Entfernen der Lamellen von dem Blech mittels Trennen der Stege mit einem dem Fachmann bekannten sogenannten Auspressstempel erfolgen. Funktionell sind die Vorgänge gleichwertig, solang die erfindungsgemäß erforderlichen oder für die Weiterbildungen erforderlichen Randbedingungen vom Fachmann umgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetischen Komponente, insbesondere eines Blechpakets, insbesondere eines Statorpakets oder eines Rotorpakets, für eine elektrische Maschine wie beispielsweise einen Elektromotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
A) Bereitstellen eines Blechs als Ausgangsmaterial,
B) Ausstanzen einer Anzahl von Lamellen aus dem Blech,
C) Wärmebehandlung der Lamellen,
D) Fügen der wärmebehandelten Lamellen zu der Komponente oder zu einem Abschnitt der Komponente.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte umfasst:
Dl) im Wesentlichen vollflächiges Aufbringen eines
thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung,
Dlb) optional thermisches Trocknen der
Klebstoffbeschichtung in einem Trocknungsbereich,
D2 ) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung, wobei die den aktivierten Klebstoff aufweisenden Lamellen Position- und winkelausgerichtet übereinanderpositioniert werden und stirnseitig mit einer in axialer Richtung weisenden Druckkraft beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aktivieren
herbeigeführt wird mittels Beleuchten der Klebstoffbeschichtung mit Infrarotstrahlung mittels eines Mittels zur Ausgabe von Infrarotstrahlung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Beleuchten der Klebstoffbeschichtung mit elektromagnetischer Strahlung in einem NIR-Wellenlängenbereich durchgeführt wird, bevorzugt mit einer Wellenlänge zwischen 0,8 Mikrometern und 1,2
Mikrometern, besonders bevorzugt mit einem Maximum der
Leuchtleistung bei einer Wellenlänge zwischen 0,85 Mikrometern und 0,9 Mikrometern.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Ausgabe von Infrarotstrahlung in
Reihenfolge der Bearbeitung hinter dem Stanzwerkzeug
angeordnet sind, bevorzugt zwischen dem Stanzwerkzeug und einem Auspressstempel angeordnet sind, und aufweisen:
- mindestens ein oberes Leuchtmittel, das in eine
Stanzrichtung auf eine erste Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- mindestens ein unteres Leuchtmittel, das gegen eine Stanzrichtung auf eine jenseits des Stanzwerkzeugs vorhandene zweite Lamellenoberfläche gerichtet ist oder
- sowohl mindestens ein oberes als auch mindestens ein unteres Leuchtmittel.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fügen der Lamellen für jede der Lamellen der Anzahl der Lamellen sequentiell die Schritte umfasst:
Dl) im Wesentlichen vollflächiges Aufbringen eines
thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf einer Oberfläche der Lamelle zum Bilden einer Klebstoffbeschichtung,
Dlb) optional thermisches Trocknen der
Klebstoffbeschichtung in einem Trocknungsbereich, D2 ) optional Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode,
D3) position- und winkelausgerichtetes
Übereinanderpositionieren der Lamellen,
D4) stirnseitiges Beaufschlagen der
übereinanderpositionierten Lamellen mit einer in axialer
Richtung weisenden Druckkraft,
D5) Erwärmen der übereinanderpositionierten und zumindest zeitweise mit der Druckkraft beaufschlagten Lamellen für einen vorgegebenen Zeitraum bei einer vorgegebenen Temperatur zum Aktivieren des Klebstoffs der Klebstoffbeschichtung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vorgegebene
Zeitraum in Schritt D5 zwischen 5 min und 60 min, bevorzugt zwischen 10 und 40 min, beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder nach Anspruch 7, wobei die vorgegebene Temperatur in Schritt D5 zwischen 100 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 100 °C und 200 °C, besonders bevorzugt zwischen 100 °C und 150 °C beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt D2 das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode erfolgt und eine Lamelle nur dann bei dem Fügen verwendet wird, wenn die optische
Inspektionsmethode eine ausreichend gleichmäßige
Dickenverteilung der Klebstoffbeschichtung erkennt, und ansonsten die Lamelle als Ausschuss aus dem Verfahren entfernt wird .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt D2 das Inspizieren der Klebstoffbeschichtung mittels optischer Inspektionsmethode erfolgt, wobei als optische Inspektionsmethode die Erfassung einer Wärmeabbildung der Klebstoffbeschichtung, bevorzugt der noch nicht trockenen Klebstoffbeschichtung, mittels einer Wärmebildkamera dient.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech
- eine Platine aus einem Elektroband oder ein Elektroband ist oder
- eine Patine oder ein Band aus einem weichmagnetischen Werkstoff ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech aus einem nicht kornorientierten Elektroband besteht .
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder nach Anspruch 12, wobei das Blech neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht aus (alle Angaben in Gew.-%) :
0,1 bis 3,50 Si,
0, 01 bis 1, 60 Al,
0,07 bis 0,65 Mn,
optional bis zu 0,25 P,
wobei die Summe aller Bestandteile inklusive unvermeidbarer Verunreinigung 100 Gew.-% ergibt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder nach Anspruch 13, wobei
C-Altl) die Wärmebehandlung als Spannungsarmglühen
durchgeführt wird, oder
C-Alt2) die Wärmebehandlung zwischen Acl und Ac3
durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs auf beiden Oberflächen der Lamelle erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff enthält:
60 Gewichtsteile eines Epoxidharzes,
0,5 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Härters,
1 bis 15 Gewichtsteile eines latenten Beschleunigers.
17. Elektrische Maschine,
aufweisend eine erste elektromagnetische Komponente und eine zweite elektromagnetische Komponente, wobei die erste elektromagnetische Komponente mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 hergestellt ist und wobei die zweite elektromagnetische Komponente als Blechpaket aus Lamellen gefügt, bevorzugt geklebt, ist, wobei die Lamellen der zweiten elektromagnetischen Komponente nach einem Ausstanzen aus einem als Ausgangsmaterial bereitgestellten Blech, beispielsweise einem Elektroband gemäß Definition des Anspruchs 12 oder des Anspruchs 13, und vor dem Fügen zu der zweiten Komponente keiner Wärmebehandlung unterzogen wird, wobei bevorzugt die erste elektromagnetische Komponente ein Stator und die zweite elektromagnetische Komponente ein Rotor einer elektrischen Maschine ist.
18. Elektrische Komponente oder Blechpaket, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ausgebildet als Stator oder als Rotor.
19. Elektrische Maschine aufweisend elektrische
Komponenten nach Anspruch 18.
20. Elektrische Maschine nach Anspruch 19, ausgebildet als
Elektromotor für einen Personenkraftwagen, einen
Lastkraftwagen, ein motorisiertes Zweirad, ein
Elektrokleinfahrzeug, ein Flugzeug oder eine Drohne.
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