EP3898022A1 - Stanzen und paketieren von lamellen aus einem verbundwerkstoff - Google Patents

Stanzen und paketieren von lamellen aus einem verbundwerkstoff

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Publication number
EP3898022A1
EP3898022A1 EP19816674.6A EP19816674A EP3898022A1 EP 3898022 A1 EP3898022 A1 EP 3898022A1 EP 19816674 A EP19816674 A EP 19816674A EP 3898022 A1 EP3898022 A1 EP 3898022A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composite material
electrical steel
layer
thickness
lamellae
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
EP19816674.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp SZARY
Abdullah KAHVECI
Tobias LEWE
Mark SCHRAUF
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
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/09—Magnetic cores comprising laminations characterised by being fastened by caulking

Definitions

  • the invention relates to a method for packaging at least 2 lamellae from a composite material by deepening and pressing the lamellae arranged one on top of the other, a lamellae package produced by this method and its use.
  • Packing is the joining of individual layers, so-called lamellae, to a package.
  • lamellae an ordered stack of slats arranged one on top of the other is formed, which are arranged so that they cannot be moved relative to one another.
  • packaging is used in the manufacture of electric motors.
  • stator and rotor lamellae are often punched out and packaged in a mechanically automated manner.
  • the object of the present invention was to provide a simple packaging method which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • processes for processing thin electrical steel strips are to be made available.
  • the possibility should be created to produce packages with the existing tools in order to avoid time-consuming changes in the process steps in the manufacturing process and in subsequent uses.
  • the invention therefore relates to a method for packaging at least 2 lamellae from a composite material by deepening and pressing the lamellae arranged one on top of the other, since the composite material comprises a 1st and a 2nd electrical steel layer and a plastic layer arranged between them.
  • the electrical steel layer is also referred to as electrical steel, electrical sheet or sheet metal.
  • the plastic layer is also referred to as a polymer layer or polymer layer.
  • the properties of the two electrical steel layers, such as thickness, alloy composition, magnetic and mechanical properties, are not the same. In a special case, both layers of electrical steel have the same properties.
  • the upper lamellae When packaging in the sense of the invention, the upper lamellae are deepened, ie an enforcement is generated by means of pressure from a stamp. As a result, at least one loading area of a lamella is pressed down, that is, moved into an underlying plane. The upper and the lower slat, possibly several slats, are pressed together. If necessary, enforcement is also generated by several slats.
  • the penetration of a lamella has a depth that is greater than the thickness of an electrical steel layer. Preferably the same or at most essentially the thickness of a lamella. In another alternative, the depth of enforcement is less than the thickness of an electrical steel layer.
  • enforcement has a depth in this alternative essentially 40%, 50% or more of the thickness of an electrical steel layer. Essentially, this means that there is a maximum deviation of 50%, 40%, 30%, preferably 20%, particularly preferably 10%, in particular 5%, 3%, 2% or 1% between two values.
  • the packaging according to the invention takes place in a tool during a punching process and is also referred to as punch packaging.
  • the present invention also relates to a method for stamping in a stamping step, that is to say a single stamping stroke of the composite material, which comprises a 1st and a 2nd electrical steel layer and an intermediate plastic layer, characterized in that the composite material is made available and
  • punching is carried out in one punching step by means of a stamp and a die.
  • the punching according to the invention is essentially based on the following steps or consists of:
  • Breaking through the sheets that is also the at least one sheet arranged below it, which is not in direct contact with the punch;
  • the lower sheet is cut less from the lower side through the die wall.
  • the fraction is characterized in that here the separation of the sheet metal parts is usually occurs at the grain boundary, while grains of the metal structure are also cut and damaged in the cut portion and plastic deformations are introduced.
  • top and bottom are also defined: top means stamp side and bottom means die side.
  • top means stamp side and bottom means die side.
  • the punched edge of the 2 sheets of the composite material have different ratios of the cut to fraction.
  • the ratio of the cut to the fractional fraction in the respective punched edge in the upper plate is larger than in the lower plate.
  • the lower sheet preferably has a fraction of at least 30%, 40%, 50%, 52%, 54%, 56%, 58%, particularly preferably 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, in particular 65% , 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75% or more.
  • the ratio of cut to breakage is determined by determining the height of the cut area and the height of the breakage area on the punched edge on the basis of grain damage, for example using a microscope, and comparing them to one another.
  • a lamella in the sense of the invention is a semi-finished product which emerges directly from a stamping process without any further work step.
  • a cutting process in particular shear cutting, is referred to as punching, which is carried out by means of a punch and a die; if necessary, further aids such as guides, holders, wipers, etc., which do not directly intervene in the cutting process of the sheet, are used.
  • the composite material is available as a starting material in the form of coils or boards.
  • the individual slats are stacked on top of one another before being packaged.
  • the lamella can have a complicated outline. This is characterized by a self-contained polyline, which represents a coherent sequence of line segments, with at least 2 straight line segments of different lengths and, if appropriate, at least one curved line segment or combinations thereof.
  • the semi-finished products have a relatively large area as an additional feature, preferably an area larger than 15 cm 2 , 20 cm 2 25 cm 2 , particularly preferably larger than 40 cm 2 , 50 cm 2 , in particular 75 cm 2 or 100 cm 2 and preferably smaller than 10,000 cm 2 , particularly preferably smaller 1000 cm 2 , in particular smaller 500 cm 2 , 250 cm 2 , 200 cm 2 .
  • a composite material to be used according to the invention has the following features:
  • the composite material preferably has specific magnetic reversal losses at PI, 0; 50 Hz in the range from 0.7 to 7 W / kg and at PI, 5; 50 Hz in the range of 1.9 to 15 W / kg and / or A polarization with J2500 in the range from 1.49 T to 1.7 T and with J5000 in the range from 1.6 T to 1.8 T, determined based on DIN EN 60404-2.
  • the composite material has specific magnetic losses at PI, 0; 50 Hz in the range of 0.8 to 3.5 W / kg and at PI, 5; 50 Hz in the range from 2.0 to 8.0 W / kg and / or a polarization with J2500 in the range from 1.49 to 1.71 T and with J5000 in the range from 1.60 to 1.80 T, determined in Based on DIN EN 60404-2, on.
  • the composite material has specific magnetization 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 2.4 to 3.3 W / kg and / or a polarization with J2500 in the range from 1.49 to 1.57 T and with J5000 in the range from 1.60 to 1.65 T, determined in Based on DIN EN 60404-2, on.
  • the composite material preferably has specific magnetic reversal losses at PI, 0; 400 Hz in the range of 8 to 120 W / kg; at PI, 5; 400 Hz from 18 to 360 W / kg; and / or a polarization with J2500 in the range from 1.45 T to 1.75 T and with J5000 in the range from 1.45 T to 1.85 T and with J10.000 in the range from 1, 50 and 1.95 T determined based on DIN EN 60404-2.
  • the composite material has specific magnetic losses at PI, 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 polarization in the J2500 in the range from 1.45 T to 1.75 T and in the J5000 in the range from 1.45 T to 1.85 T and in the J10.000 in the range from 1.50 and 1.95 T. determined based on DIN EN 60404-2.
  • the composite material preferably has a yield strength in the longitudinal direction at room temperature of 190 to 610 MPa and a maximum tensile strength of 310 to 740 MPa and a minimum elongation A80 of 6 to 48% measured in accordance with DIN EN ISO 6892-1 and a hardness Hv5 from 100 to 250.
  • the composite material has a minimum yield strength in the longitudinal direction at room temperature of 310 to 510 MPa and a maximum tensile strength of 400 to 640 MPa and a minimum elongation at break A80 of 7 to 32% measured in accordance with DIN EN ISO 6892-1 and one Hardness Hv5 from 130 - 250.
  • the material has an anisotropy at PI, 0; 400 Hz in the range from 6 to 17%.
  • the composite material to be used according to the invention has a comparable iron filling factor (as described below) in the field of application of a stator and / or rotor package for an electric motor or generator.
  • the iron fill factor in a stator and / or rotor package using the composite material according to the invention is preferably between 85.0% and 99.7%, more preferably 93.0% to 99.0%, even more preferably 98.0% to 99, 0% and most preferably 98.3% to 98.8%.
  • the composite material By using the composite material, not only can the structure-borne noise in the electric motor be significantly reduced, but also, for example, by varying the thickness of the electrical steel sheet used, either a further cost advantage and / or an increased efficiency of the electric motor or generator can be generated.
  • the composite prevents and / or dampens the vibrations generated at their source. This prevents transmission to the housing and neighboring components.
  • the structure-borne sound generated by the electric motor but also the air sound generated by the housing is significantly reduced. As a result, there is a reduction in the acoustic emission of the entire electric motor.
  • the specific magnetic reversal losses of electrical steel sheets depend very much on the thicknesses or the cross section of the sheets used. As a rule, the smaller the layer thickness of the electrical steel, the lower the eddy current losses and thus the specific magnetic losses. In particular at high electrical frequencies, the magnetic reversal losses increase disproportionately.
  • two electrical strips of the same quality with a thickness of 0.25 mm can be glued together compared to a monolithic electrical steel strip with a thickness of, for example, 0.5 mm. In relation to an engine type, this can either significantly increase the efficiency of the engine or enable the construction of a smaller engine with the same efficiency. The latter would bring a weight advantage. Furthermore, the use of an electrical tape of lower quality is also possible.
  • the composite materials themselves, as well as the components made from them come into contact with various, sometimes very aggressive, oils that can attack the polymer layer and thus lead to damage to the polymer layer and even delamination. It is therefore desirable that the polymeric layer is resistant to such industrial oils.
  • the polymer layer is a viscoelastic material and contains or consists essentially of a viscoelastic polymer.
  • the term “essentially” means that at least 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 72% 74% 76%, 78%, preferably 80%, 82%, 84%, 86%, 88%, particularly preferably 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, in particular 96%, 97%, 98%, 99% or 100% (volume or weight percent) of a material as, like here for example the vicoelastic material, made of a certain material, here visco-elastic polymer.
  • the polymers can be isotropic, in another alternative anisotropic materials, in particular with regard to their elastic properties.
  • viscoelastic polymers are used, selected from the group comprising or consisting of: urethane rubbers, fluorine-based elastomers, fluorine-based rubbers, silicone rubbers, nitrile rubbers, butyl rubbers, acrylic rubbers, natural rubbers, styrene-butadiene rubbers, rubbers, polyesters, polyurethanes Poly amides, ethylene-vinyl acetate copolymers, polyvinyl butyral, polyvinyl butyral-polyvinyl acetate copolymers and epoxy-acrylate networks and combinations thereof;
  • polyesters preferably polyesters, polyurethanes, polyamides and combinations thereof.
  • thermoplastic polymers are used which are selected from the group consisting of polyacrylates, polycarbonates, polyetherimides. Polyesters, polysulphones, polystyrenes, acrylonitrile-butadiene-styrene block copolymers, polypropylenes, acetal polymers, polyamides, polyvinyl chlorides, polyethylenes, polyurethanes and combinations thereof; preferably contains or consists of polyesters, polyurethanes, polyamides and combinations thereof.
  • the polymers are also cross-linkable to increase their strength.
  • These are usually classified as thermosetting or radiation-curing resins.
  • a resin is in a thermoplastic state before the composite material is produced.
  • the thermosetting or radiation-curable resin is typically cured and / or crosslinked to a solid state.
  • at least one curing agent e.g. B. a catalyst may be included, which, upon exposure to a suitable energy source (such as thermal energy or radiation such as IR, UV, X-ray, electron radiation) initiates the polymerization of the thermosetting resin.
  • a suitable energy source such as thermal energy or radiation such as IR, UV, X-ray, electron radiation
  • Particularly preferred viscoelastic polymers are those based on acrylates.
  • mixtures of any of the above polymers or their starting materials can also be used.
  • an acrylate-based copolymer preferably of high molecular weight and / or crosslinked, is used as the polymer.
  • a copolymer is preferably composed of a copolymerized mixture of at least one alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit, both having an alkyl group with 1 to 12 carbon atoms, a glycidyl monomer unit, an unsaturated carboxylic acid monomer unit, and a crosslinker set, used according to the invention. No swelling of the polymer layer or delamination of the composite material can be seen here.
  • acrylate-based means that essentially an acrylate is used as the starting material (with the definition of the term “essentially” as described above; in addition, the percentages in an alternative relate to the molar ratio.
  • a starting material is used designated according to the invention, selected from the group comprising or consisting of: acrylic acid, methacrylic acid, (meth) acrylic acid ester with an alkyl group which has one to 12 carbon atoms, preferably 4-12; or mixtures thereof.
  • the crosslinked high-molecular acrylate-based copolymer is composed exclusively of the two components, the copolymerized mixture and the crosslinking agent.
  • the copolymerized mixture consists of at least one alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit, both of which have an alkyl group with 1 to 12 carbon atoms, a glycidyl monomer unit and an unsaturated carboxylic acid monomer unit.
  • the glycidyl monomer unit is preferably selected from the group comprising or consisting of allyl glycidyl ether, glycidyl acrylate ester, glycidyl methacrylate ester and / or mixtures thereof.
  • the alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit preferably has an alkyl group with 4 to 12 carbon atoms.
  • the polymer layer has a glass transition temperature of higher than -15 ° C.
  • an alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit having an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms can be added to the mixture to be copolymerized.
  • the crosslinked high-molecular acrylate-based copolymer consists of a copolymerized mixture of at least 55 to 85% by weight of an alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit, both of which have an alkyl group with 4 to 12 carbon atoms, 0 to 35% by weight of an alkyl acrylate monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit, both of which have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, 0.01 to 2% by weight of a glycidyl monomer unit, 1 to 15 % By weight, more preferably 3 to 13% by weight of an unsaturated carboxylic acid monomer unit, and 0.05 to 1% by weight of a crosslinking agent together.
  • the copolymerized mixture preferably has an average molar mass in the range from 500 to 1500 kDa, more preferably 600 to 1000 kDa, even more preferably 700 to 900 kDa, most preferably 800 kDa ⁇ 20 kDa.
  • the average molar mass is determined using GPC. Polystyrene standard was used for calibration.
  • the alkyl acrylate ester monomer unit and / or alkyl methacrylate ester monomer unit, comprising an alkyl group having 4 to 12 carbon atoms, is preferably selected from 2-ethylhexyl acrylate, isooctyl acrylate, butyl acrylate, 2-methylbutyl acrylate, 4-methyl-2-pentyl acrylate, isodecyl methacrylate , Methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate and / or a mixture thereof.
  • the unsaturated carboxylic acid monomer unit is preferably selected from acrylic acid, methacrylic acid, fumaric acid and / or a mixture thereof. Set preferred mixtures io
  • the copolymerization is carried out with the aid of a solvent mixture, preferably a mixture of ethyl acetate and acetone.
  • the solvent mixture preferably has a ratio which allows reflux in the range from 68 to 78.degree.
  • the solids content during the copolymerization is preferably in the range from 40 to 60% by weight.
  • AIBN is preferably used as the radical initiator for the copolymerization.
  • the copolymerization is preferably carried out under a nitrogen atmosphere, so that a high molecular weight copolymer, preferably with an average molecular weight of> 500 kDa, is achieved.
  • the crosslinking agent is preferably selected from aluminum acetylacetonate (AIACA), iron acetyl acetonate (FeACA), titanium acetylacetonate (TiACA) or zirconium acetylacetonate (ZrACA).
  • AIACA aluminum acetylacetonate
  • FeACA iron acetyl acetonate
  • TiACA titanium acetylacetonate
  • ZrACA zirconium acetylacetonate
  • the electrical steel layer has a thickness of at least 0.05 mm, preferably 0.1 mm, particularly preferably 0.2 mm, 0.25 mm, 0.27 mm, in particular 0.3 mm, 0.32 mm, 0.35 mm, 0.4 mm, or 0.5 mm and a maximum of 1.5 mm, preferably 1 mm, particularly preferably 0.75 mm, in particular 0.65 mm.
  • two layers of electrical steel of equal or different thickness can be used.
  • the electrical steel is preferably a non-grain-oriented electrical steel.
  • the invention can be represented on the basis of any non-grain-oriented electrical steel strip or sheet.
  • the non-grain-oriented electrical steel strip or sheet preferably consists of a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities, contains 0.1 to 3.50% by weight of Si, 0.01 to 1.60% by weight of Al, 0.07 to 0 , 65 wt .-% Mn and up to 0.25 wt .-% P, and a specific electrical resistance of 0.13 to 0.70 pQm at a temperature of 50 ° C, particularly preferably made of a steel, in addition to iron and unavoidable impurities, 2.3 to 3.40% by weight of Si, 0.3 to 1.1% by weight of Al, 0.07 to 0.250% by weight of Mn and up to 0.030% by weight P contains, as well as a specific electrical resistance of 0.40 to 0.70 pQm at a temperature of 50 ° C.
  • the non-grain-oriented electrical steel strip or sheet consists of a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities, 1, 20 to 2.50% by weight Si, 0, 10 to 0.60% by weight Al, 0, Contains 10 to 0.30 wt .-% Mn and up to 0.070 wt .-% P, and a specific electrical resistance of 0.29 to 0.44 pQm at a temperature of 50 ° C.
  • the plastic layer has a thickness of at least 2 pm, preferably at least 3 pm, particularly preferably at least 4 pm, in particular at least 4.5 pm and at most 50 pm, preferably at most 20 pm, particularly preferably 10 pm, 8 pm, in particular at most 7 , 5 pm on.
  • the electrical strip layers are provided with an insulation layer in accordance with a preferred embodiment in order to achieve electrical insulation.
  • the electrical steel layer preferably has an insulation layer with a layer thickness in the range from at least 0.5 pm, preferably at least 1.0 pm, particularly preferably at least 1.5 pm to at most 10 pm, preferably at most 5 pm, particularly preferably up to 2.5 pm , in particular up to 1.5 pm.
  • the insulation layer may consist of an organic polymer such as an acrylate, alkyd, epoxy, melamine, phenol, polyamide, polyester and polyurethane resin or a mixture thereof.
  • the organic polymer may contain further inorganic components, for example aluminum phosphate, pigments and / or fillers, for example titanium dioxide, barium sulfate, calcium carbonate (kaolin), silicon dioxide or zinc sulfide).
  • the insulation layer consists of a thermally, chemically or radiation-activatable adhesive.
  • the invention also relates to a plate pack produced in a process as described above.
  • Another object is a lamella package consisting of at least 2 lamellae of a composite material, the first and second electrical steel layers and a plastic layer arranged between them has, characterized in that the 1st and the 2nd electrical steel have different punching edges with respect to the cut to fraction.
  • the invention also relates to a stator package and a rotor package containing a lamella package as described above.
  • the present invention also relates to the use of a plate pack as described above in electrical consumers or generators.
  • the plate packs are used in electric motors and generators.
  • the invention therefore also relates to the use of a laminated core according to the invention manufactured in a stator.
  • the invention furthermore relates to the use of a disk pack produced according to the invention in a rotor.
  • the invention thus relates to the use of a plate pack produced according to the invention in an electric motor or generator.
  • Such a stator and / or rotor package can preferably have a homogeneous or heterogeneous structure.
  • a homogeneous structure consists of a large number of layers of the composite material.
  • a heterogeneous structure consists of a multiplicity of layers, ie lamellae, of the composite material to be used according to the invention and monolithic electrical strip layers arranged between them.
  • the structure can have an arrangement in which every third layer consists of a monolithic electrical steel strip.
  • the package can also contain only one, at least one, at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
  • Another object is an electric motor containing a stator and / or rotor package as described above.
  • Another object is the use of a plate pack according to the invention in a generator and a generator containing such a plate pack.
  • the packaging according to the invention ensures a secure cohesion of the slats without causing adverse changes in the properties. In particular, this does not negatively influence the magnetic, acoustic or insulating properties of the composite material in comparison to the prior art. If necessary, by maintaining the grains in the structure of the lower sheet of the composite material, an improvement in the magnetic properties compared to monolithic sheet is achieved.
  • non-monolithic sheet metal can also be processed analogously to monolithic sheet metal.
  • the method according to the invention enables the use of thin electrical steel strips and the use of the advantages associated therewith, in particular with regard to the magnetic properties, in the present devices, work processes and processing techniques which are designed for monolithic sheet metal with little or no changes.
  • the same tool is used as the starting material for processing the composite material as for a single-layer, monolithic, single sheet with a thickness which is equal to the thickness of one of the sheets of the multilayer starting material.
  • the method according to the invention can thus be carried out without or with minor changes to the tools and can be seamlessly integrated into an existing process sequence.
  • a tool is used as the starting material for processing the composite material, as is the case for a comparably thick single-layer, monolithic single sheet with a thickness that is equal to the thickness of the multi-layer starting material.
  • a stack of individually punched sheets can be seen on the left. Two sheets arranged one above the other after punching are marked with brackets on the left side. On the right-hand side, stacked sheet products according to the invention are shown. One of them is marked with a bracket on the right.
  • the light areas show the cut area or cut share, the dark areas the break area or cut share. It can be clearly seen that the fraction on the right side, the semi-finished product according to the invention, is significantly larger in the lower plate than in the upper plate.
  • the cutting area in the lower plate is net angeord at the bottom of the lower plate.
  • Example 2 shows a section through a plate pack (image on a microscope): on the left monolithic sheets with a thickness of 0.3 mm; on the right is a base material made of 2 electrical strips, each 0.3 mm thick, with a plastic layer of 6 pm in between.
  • the right plate pack was produced using a method according to the invention with tools designed for processing monolithic sheet metal with a thickness of 0.3 mm.
  • the brackets on the left and right of the respective illustrations indicate the thickness of one slat.
  • the enforcement with a depth of approx. 2 electrical tapes is clearly visible on the right. It can also be clearly seen that the method according to the invention leads to no damage in comparison to monolithic sheets, but the individual sheet layers show an intact structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Paketieren von mindestens 2 Lamellen aus einem Verbundwerkstoff durch Tiefen und Verpressen der aufeinander angeordneten Lamellen, ein Lamellenpaket hergestellt nach diesem Verfahren sowie dessen Verwendung.

Description

Stanzen und Paketieren von Lamellen aus einem Verbundwerkstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Paketieren von mindestens 2 Lamellen aus einem Ver bundwerkstoff durch Tiefen und Verpressen der aufeinander angeordneten Lamellen, ein Lamel lenpaket hergestellt nach diesem Verfahren sowie dessen Verwendung.
Unter Paketieren versteht man das Fügen einzelner Lagen, sogenannter Lamellen zu einem Pa ket. Dabei wird ein geordneter Stapel von aufeinander angeordneten Lamellen gebildet, die zu einander unverschiebbar verfügt sind. Solche Verfahren werden zum Beispiel in der DE 102012001744A beschrieben. Insbesondere wird Paketieren bei der Herstellung von Elektromo toren eingesetzt.
Bei der Weiterverarbeitung von Elektroband, z.B. zu einem Motor, werden die einzelnen Stator- und Rotorlamellen häufig mechanisch automatisiert ausgestanzt und paketiert.
Beide Schritte sind für einlagiges (monolithisches) Elektroband Standardvorgänge, die an vielen Stellen in der Literatur beschrieben sind. Aufgrund der Komplexität der Verfahren und deren Ab hängigkeit von z.B. der Dicke, der Festigkeit und dem Vorhandensein eines Polymers als Deck schicht, sowie ein Einfluss insbesondere auf die magnetischen Eigenschaften der Motorlamellen ist eine Eignung des Verfahrens und eine Übertragbarkeit der Parameter auf nicht-monolithi sches Blech nicht gegeben.
Ferner setzen steigende Anforderungen an die elektrische Maschine dabei Elektroband voraus, welches immer geringere Ummagnetisierungsverluste (Zusammengesetzt aus sogenannten Hys tereseverlusten, Wirbelstromverlusten und anormalen Verlusten) aufweist. Insbesondere bei ho hen Freguenzen, wie sie in modernen elektrischen Maschinen höchster Anforderungen, z.B. im Elektromobilitätsbereich, Vorkommen, spielt hierbei die Minimierung der Wirbelstromverluste eine große Rolle. Diese können neben Änderungen der Maschinenauslegung und des Maschinentyps im Wesentlichen durch zwei Ansätze verringert werden: (1) eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit, welche eine materialspezifische Eigenschaften ist und vom Legierungsgehalt ab hängt und (2) durch eine Verringerung der Dicke des Elektrobandes, welche durch den Walzpro zess gesteuert wird. Ausgehend von einer nahezu gleichbleibenden Höhe des Stator- oder Rotorpaketes, hat eine Re duktion der Dicke allerdings auch eine größere Anzahl von Trenn- und/oder Paketierschritten zur Folge. Hinzu kommt, dass sehr dünnes Elektroband schwieriger zu prozessieren ist. Dies ist ins besondere schwieriger bei größeren Lamellen und feineren Schnitten an z.B. Stegen oder Zäh nen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es ein einfaches Paketierverfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere sollen Verfah ren zur Verarbeitung dünner Elektrobänder zur Verfügung gestellt werden. Des Weiteren sollte die Möglichkeit geschaffen werden, Pakete mit den vorhandenen Werkzeugen herzustellen, um auf wändige Änderungen der Prozessschritte im Herstellungsverfahren und in Folgeverwendungen zu vermeiden.
Gelöst werden die Aufgaben durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1.
Mithin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Paketieren von mindestens 2 Lamellen aus einem Verbundwerkstoff durch Tiefen und Verpressen der aufeinander angeordneten Lamellen, da durch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff eine 1. und eine 2. Elektrobandschicht und eine dazwischen angeordnete Kunststoffschicht umfasst. Die Elektrobandschicht wird im Folgen den auch als Elektroband, Elektroblech oder Blech bezeichnet. Die Kunststoffschicht wird auch als Polymerschicht oder polymere Schicht bezeichnet. Die beiden Elektrobandschichten sind in Ihren Eigenschaften, wie Dicke, Legierungszusammensetzung, magnetische und mechanische Eigenschaften nicht gleich. In einem Spezialfall weisen beide Elektrobandschichten die gleichen Eigenschaften auf.
Beim Paketieren im Sinne der Erfindung erfolgt ein Tiefen der oberen Lamellen, d. h. es wird mittels Druck durch einen Stempel eine Durchsetzung erzeugt. Dadurch wird mindestens ein Be reich einer Lamelle nach unten gedrückt, also in eine darunterliegende Ebene verschoben. Die obere und die darunterliegende Lamelle, gegebenenfalls mehrere Lamellen werden dadurch miteinander verpresst. Gegebenenfalls wird eine Durchsetzung auch durch mehrere Lamellen erzeugt. In einer Ausführung weist die Durchsetzung einer Lamelle eine Tiefe auf, die größer als die Dicke einer Elektrobandschicht ist. Bevorzugt gleich oder maximal im Wesentlichen der Dicke einer Lamelle. In einer anderen Alternative ist die Tiefe der Durchsetzung geringer als die Dicke einer Elektrobandschicht. D.h., die Durchsetzung hat in dieser Alternative eine Tiefe entspre- chend im Wesentlichen der 40%, 50% oder mehr der Dicke einer Elektrobandschicht. Im We sentlichen bedeutet, dass maximal eine Abweichung von 50%, 40%, 30%, bevorzugt 20% be sonders bevorzugt 10%, insbesondere 5%, 3%, 2% oder 1% zwischen zwei Werten gegeben ist.
Das erfindungsgemäße Paketieren erfolgt in einem Werkzeug bei einem Stanzvorgang und wird auch als Stanzpakettieren bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stanzen in einem Stanzschritt, also einem einzigen Stanzhub des Verbundwerkstoffes, der eine 1. und eine 2. Elektrobandschicht und eine dazwischen angeordnete Kunststoffschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff zur Verfügung gestellt wird und
ein Stanzen in einem Stanzschritt mittels Stempel und Matrize erfolgt.
Das erfindungsgemäße Stanzen basiert im Wesentlichen auf folgenden Schritten oder besteht daraus:
Einbringen des Verbundwerkstoffes zwischen Stempel (Schneidewerkzeug) und Matrize; Aufsetzen des Stempels auf das oben angeordnete Blech und Druck darauf ausüben; dadurch erfolgt eine Verformung des oberen Blechs und gegebenenfalls der darunter an geordneten Bleche;
Eindringen des Stempels in das obere Blech und dadurch Anschneiden des oberen
Blechs;
Durchbrechen der Bleche, also auch des mindestens eines darunter angeordneten Blechs, welches nicht in direktem Kontakt zum Stempel ist;
gegebenenfalls erfolgt zusätzlich und zeitgleich mit dem Anschneiden des oberen Blechs auch, ein im Vergleich dazu geringeres Anschneiden des unteren Bleches von der unteren Seite durch die Matrizenwand.
Dadurch wird eine Stanzkante gebildet die einen Schnitt- und einen Bruchanteil aufweist. Der Bruchanteil ist dadurch gekennzeichnet, dass hier die Trennung der Blechteile i.d.R. an der Korn grenze erfolgt, während im Schnittanteil auch Körner des Metallgefüges geschnitten und dadurch beschädigt werden und plastische Verformungen eingebracht werden.
Mithin werden auch die Begriffe oben und unten definiert: oben bedeutet stempelseitig und un ten matrizenseitig. Die Stanzkante der 2 Bleche des Verbundwerkstoffs weisen unterschiedliche Verhältnisse des Schnitt- zu Bruchanteils auf. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des Schnitt- zu Bruchanteil in der jeweiligen Stanzkante im oberen Blech größer als im unteren Blech.
Bevorzugt weist das untere Blech einen Bruchanteil von mindestens 30%, 40%, 50 %, 52 %, 54 %, 56 %, 58 %, besonders bevorzugt 60 %, 61 %, 62 %, 63 %, 64 %, insbesondere 65 %, 66 %, 67 %, 68 %, 69 %, 70 %, 71 %, 72 %, 73 %, 74 %, 75 % oder mehr auf. Das Verhältnis von Schnitt- zu Bruchanteil wird dadurch bestimmt, dass an der Stanzkante die Höhe des Schnittbe reichs und die Höhe des Bruchbereichs auf Basis der Kornbeschädigung zum Beispiel mittels Mikroskop bestimmt wird und zueinander ins Verhältnis gesetzt wird.
Eine Lamelle im Sinne der Erfindung ist ein Halbzeug welches unmittelbar ohne weiteren Arbeits schritt aus einem Stanzprozess hervorgeht. Als Stanzen wird ein Trennverfahren, insbesondere Scherschneiden bezeichnet, welches mittels Stempel und Matrize durchgeführt wird, gegebenen falls sind weitere Hilfsmittel wie zum Beispiel Führungen, Halter, Abstreifer etc. einzusetzen, die jedoch nicht unmittelbar in den Trennvorgang des Blechs eingreifen.
Der Verbundwerkstoff liegt als Ausgangsmaterial in Form von Coils oder Platinen vor.
In einer weiteren Ausführung werden vor dem Paketieren die einzelnen Lamellen aufeinanderge- stapelt.
Die Lamelle kann einen komplizierten Umriss aufweisen. Dieser ist durch eine in sich geschlosse ne Polylinie gekennzeichnet, die eine zusammenhängende Folge von Liniensegmenten darstellt, wobei mindestens 2 gerade Liniensegmente unterschiedlicher Länge vorliegen und gegebenen falls mindestens ein gekrümmtes Liniensegment oder Kombinationen davon. In einer Alternative weisen die Halbzeuge als zusätzliches Merkmal eine relativ große Fläche auf, bevorzugt eine Flä che größer als 15 cm2, 20 cm2 25 cm2, besonders bevorzugt größer als 40 cm2, 50 cm2, insbe sondere 75 cm2 oder 100 cm2 und bevorzugt kleiner als 10.000 cm2, besonders bevorzugt klei ner 1000 cm2, insbesondere kleiner 500 cm2, 250 cm2, 200 cm2.
Ein erfindungsgemäß einzusetzender Verbundwerkstoff weist folgende Merkmale auf:
Vorzugsweise weist der Verbundwerkstoff spezifische Ummagnetisierungsverluste bei PI ,0; 50 Hz im Bereich von 0,7 bis 7 W/kg und bei PI, 5; 50 Hz im Bereich von 1 ,9 bis 15 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1 ,49 T bis 1,7 T und bei J5000 im Bereich von 1,6 T bis 1 ,8 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
In einer bevorzugteren Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff spezifische Ummagnetisie rungsverluste bei PI ,0; 50 Hz im Bereich von 0,8 bis 3,5 W/kg und bei PI, 5; 50 Hz im Bereich von 2,0 bis 8,0 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1 ,49 bis 1 ,71 T und bei J5000 im Bereich von 1,60 bis 1 ,80 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
In einer besonders bevorzugteren Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff spezifische Um magnetisierungsverluste bei P1,0; 50 Hz im Bereich von 1 ,0 bis 1 ,5 W/kg und bei PI , 5; 50 Hz im Bereich von 2,4 bis 3,3 W/kg und/oder eine Polarisation bei J2500 im Bereich von 1 ,49 bis 1,57 T und bei J5000 im Bereich von 1 ,60 bis 1,65 T, ermittelt in Anlehnung an DIN EN 60404-2, auf.
Vorzugsweise weist der Verbundwerkstoff spezifische Ummagnetisierungsverluste bei PI ,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 Polari sation 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 bevorzugteren Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff spezifische Ummagnetisie rungsverluste bei PI ,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 An lehnung an DIN EN 60404-2 auf.
Vorzugsweise weist der Verbundwerkstoff eine Streckgrenze in Längsrichtung bei Raumtempera tur von 190 bis 610 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 310 bis 740 MPa und eine min dest Bruchdehnung A80 von 6 bis 48 % gemessen in Anlehnung an DIN EN ISO 6892-1 sowie eine Härte Hv5 von 100 - 250 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff eine mindest Streckgrenze in Längsrichtung bei Raumtemperatur von 310 bis 510 MPa und eine maximale Zugfestigkeit von 400 bis 640 MPa und eine mindest 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 eine Anisotropie bei PI ,0; 400 Hz im Bereich von 6 bis 17 % auf.
Der erfindungsgemäß einzusetzende Verbundwerkstoff weist im Anwendungsbereich eines Sta tor- und/oder Rotorpakets für einen Elektromotor oder Generator einen vergleichbaren Eisenfüll faktor (wie unten beschrieben) auf.
Vorzugsweise beträgt der Eisenfüllfaktor in einem Stator- und/oder Rotorpaket unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs zwischen 85,0% und 99,7 %, mehr bevorzugt 93,0 % bis 99,0 %, noch mehr bevorzugt 98,0 % bis 99,0 % und am meisten bevorzugt 98,3 % bis 98,8 %.
Durch den Einsatz des Verbundwerkstoffs kann nicht nur aktiv der entstehende Körperschall im Elektromotor signifikant reduziert, sondern zudem durch beispielsweise Variation der eingesetz ten Elektrobandblechdicken entweder ein weiterer Kostenvorteil und/oder ein erhöhter Wirkungs grad des Elektromotors oder Generators generiert werden.
Der Verbundstoff verhindert und/oder dämpft die erzeugten Schwingungen an ihrer Quelle. Da durch wird eine Übertragung auf das Gehäuse und benachbarte Bauteile verhindert. Der von dem Elektromotor erzeugte Körperschall aber zusätzlich auch der vom Gehäuse erzeugte Luft schall wird dadurch deutlich reduziert. Mithin findet eine Verringerung der akustischen Emission des gesamten Elektromotors statt.
Die spezifischen Ummagnetisierungsverluste von Elektrobandblechen hängen sehr stark von den Dicken bzw. von dem Querschnitt der eingesetzten Bleche ab. In der Regel gilt, dass je kleiner die Schichtdicke des Elektrobands ist, desto geringer fallen die Wirbelstromverluste und somit die spezifischen Ummagnetisierungsverluste aus. Insbesondere bei hohen elektrischen Freguenzen steigen die Ummagnetisierungsverluste überproportional. Durch die Verwendung des erfin dungsgemäßen Verbundblechs können - im Vergleich zu einem monolithischen Elektroband mit einer Dicke von beispielsweise 0,5 mm - zwei Elektrobänder der gleichen Qualität mit einer Dicke von 0,25 mm miteinander verklebt werden. Bezogen auf einen Motortyp kann dadurch entweder die Effizienz des Motors signifikant erhöht oder der Bau eines kleineren Motors mit gleicher Effizi enz ermöglicht werden. Letzteres würde einen Gewichtsvorteil mit sich bringen. Ferner ist auch die Verwendung eines Elektrobands geringerer Qualität möglich. In der Praxis kommen die Verbundwerkstoffe selbst als auch die daraus erzeugten Bauteile teil weise in Kontakt mit unterschiedlichen teils sehr aggressiven Ölen, die die polymere Schicht an greifen können und somit zu einer Beschädigung der Polymerschicht bis hin zur Delamination führen. Es ist daher wünschenswert, dass die polymere Schicht gegen solche technischen Öle beständig ist.
Die Polymerschicht ist in einer Alternative ein viskoelastisches Material und enthält oder besteht im Wesentlichen aus einem viskoelastischen Polymer. Im Sinne der Erfindung bedeutet der Be griff "im Wesentlichen", dass mindestens 50 %, 55%, 60 %, 65%, 70 %, 72% 74% 76%, 78%, bevorzugt 80 %, 82%, 84% ,86%, 88%, besonders bevorzugt 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, insbesondere 96%, 97%, 98%, 99% oder 100 % (Volumen oder Gewichtsprozent) eines Materi als, wie hier zum Beispiel des vikoelastischen Materials, aus einem bestimmten Stoff, hier visko elastisches Polymer, besteht.
Die Polymere können in einer Alternative isotrope, in einer weiteren Alternative anisotrope Mate rialien sein, insbesondere im Hinblick auf ihre elastischen Eigenschaften.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden viskoelastische Polymere eingesetzt, Ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Urethankautschuke, Elastomere auf Fluorbasis, Kautschuke auf Fluorbasis, Silikonkautschuke, Nitrilkautschuke, Butylkautschuke, Acrylkautschuke, Naturkautschuke, Styrol-Butadien-Kautschuke, Polyester, Polyurethane, Poly amide, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Polyvinylbutyral, Polyvinylbutyral-Polyvinylacetat-Copo- lymere und Epoxy-Acrylat-Netzwerke und Kombinationen davon;
bevorzugt Polyester, Polyurethane, Polyamide und Kombinationen davon.
In einer weiteren Ausführung werden thermoplastische Polymere eingesetzt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Polyacrylaten, Polycarbonaten, Polyetherimiden besteht. Polyester, Polysul- fone, Polystyrole, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymere, Polypropylene, Acetalpolymere, Polyamide, Polyvinylchloride, Polyethylene, Polyurethane und Kombinationen davon; bevorzugt Polyester, Polyurethane, Polyamide und Kombinationen davon enthält oder daraus besteht.
In einer Alternative sind die Polymere auch vernetzbar, um ihre Festigkeit zu erhöhen. Üblicher weise werden diese als wärmehärtbare oder strahlenhärtbare Harze klassifiziert. Ein solches Harz befindet sich vor der Herstellung des Verbundwerkstoffes in einem thermoplastischen Zustand. Während des Herstellungsprozesses wird das wärmehärtbare oder strahlenhärtbare Harz typi scherweise zu einem festen Zustand gehärtet und / oder vernetzt. In Abhängigkeit von dem spe ziellen verwendeten Harz kann mindestens ein Härtungsmittel, z. B. ein Katalysator, enthalten sein, welcher, bei Aussetzen einer geeigneten Energiequelle (wie Wärmeenergie oder Strahlung wie zum Beispiel IR-, UV-Herr, Röntgen-, Elektronen-Strahlung) die Polymerisation des wärme härtbaren Harzes initiiert. Besonders bevorzugte viskoelastische Polymere sind solche auf Basis von Acrylaten.
Erfindungsgemäß können auch Mischungen von beliebigen der vorstehenden Polymere, bzw. deren Ausgangsstoffen verwendet werden.
In einer Ausführung, einer besonders bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird als Polymer ein Acrylat - basiertes Copolymer, bevorzugt hochmolekular und/oder vernetzt einge setzt. Insbesondere wird ein Copolymer vorzugsweise aus einer copolymerisierten Mischung von mindestens einer Alkylacrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Monome- reinheit, wobei beide eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen, einer Glycidyl- Monomereinheit, einer ungesättigte Carbonsäure-Monomereinheit, und einem Vernetzer zusam mensetzt, erfindungsgemäß verwendet. Hierbei ist kein Aufguellen der polymeren Schicht oder Delamination des Verbundwerkstoffs erkennbar ist.
Im Sinne der Erfindung bedeutet Acrylat - basiert, dass als Edukt im Wesentlichen ein Acrylat eingesetzt wird (mit der Definition des Begriffs "im Wesentlichen" wie oben beschrieben; zusätz lich betreffen die Prozentangaben in einer Alternative das Mol-Verhältnis. Als Acrylat wird ein Edukt erfindungsgemäß bezeichnet, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus: Acrylsäure, Methacrylsäure, (Meth)Acrylsäureester mit einer Alkylgruppe die ein bis 12 Kohlen stoffatomen aufweist, bevorzugt 4-12; oder Mischungen hiervon.
In einer mehr bevorzugten Ausführungsform setzt sich das vernetzte hochmolekulare Acrylat-ba- sierte Copolymer ausschließlich aus den beiden Komponenten, der copolymerisierten Mischung und dem Vernetzer, zusammen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform besteht die copolymerisierte Mischung aus min destens einer Alkylacrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Monomereinheit, wobei beide eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen, einer Glycidyl-Monome- reinheit und einer ungesättigten Carbonsäure-Monomereinheit. Vorzugsweise ist die Glycidyl-Monomereinheit ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder beste hend aus Allylglycidylether, Glycidylacrylatester, Glycidylmethacrylatester und/oder Mischungen hiervon.
Vorzugsweise weist die Alkylacrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Mono- mereinheit eine Alkylgruppe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen auf.
Sofern die polymere Schicht eine Glassübergangstemperatur von höher -15 °C aufweist kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der zu copolymerisierenden Mischung eine Alkyl- acrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Monomereinheit mit einer Alkyl gruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen zugegeben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich das vernetzte hochmolekulare Acrylat-ba- sierte Copolymer aus einer copolymerisierten Mischung von mindestens 55 bis 85 Gew.-% einer Alkylacrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Monomereinheit, wobei beide eine Alkylgruppe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen, 0 bis 35 Gew.-% einer Alkylacryla- tester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Monomereinheit, wobei beide eine Alkyl gruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen aufweisen, 0,01 bis 2 Gew.-% einer Glycidyl-Monomerein heit, 1 bis 15 Gew.-%, mehr bevorzugt 3 bis 13 Gew.-% einer ungesättigte Carbonsäure-Mono- mereinheit, und 0,05 bis 1 Gew.-% eines Vernetzers zusammen.
Vorzugsweise weist die copolymerisierte Mischung eine mittlere molare Masse im Bereich von 500 bis 1500 kDa, mehr bevorzugt 600 bis 1000 kDa, noch mehr bevorzugt 700 bis 900 kDa, am meisten bevorzugt 800 kDa ± 20 kDa auf. Die mittlere molare Masse wird hierbei mittels GPC ermittelt. Zur Kalibrierung wurde Polystyrolstandard verwendet.
Vorzugsweise wird die Alkylacrylatester-Monomereinheit und/oder Alkylmethacrylatester-Mono- mereinheit, aufweisend eine Alkylgruppe mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen ausgewählt aus 2- Ethylhexylacrylat, Isooctylacrylat, Acrylsäurebutylester, 2-Methylbutyl-acrylat, 4-Methyl-2-pentyl- acrylat, Isodecylmethacrylat, Acrylsäuremethylester, Acrylsäureethylester, Meth-acrylsäureme- thylester und/oder einer Mischung hiervon.
Vorzugsweise wird die ungesättigte Carbonsäure-Monomereinheit ausgewählt aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure und/oder einer Mischung hiervon. Bevorzugte Mischungen setzen io
sich zusammen aus Acrylsäure und Methacrylsäure, aus Acrylsäure und Fumarsäure oder aus Methacrylsäure und Fumarsäure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Copolymerisation unter Zuhilfenahme eines Lösungsmittelgemisches, vorzugsweise eines Gemisches aus Essigsäureethylester und Aceton, durchgeführt. Bevorzugt weist das Lösungsmittelgemisch ein Verhältnis aus, das einen Rückfluss im Bereich von 68 bis 78 °C erlaubt.
Vorzugsweise beträgt der Feststoffanteil während der Copolymerisation im Bereich von 40 bis 60 Gew.-%.
Für die Copolymerisation wird vorzugsweise AIBN als Radikalstarter verwendet.
Weiterhin wird die Copolymerisation vorzugsweise unter einer Stickstoffatmosphäre durchge führt, so dass ein hochmolekulares Copolymer, vorzugsweise mit einer mittleren Molmasse von > 500 kDa erzielt wird.
Vorzugsweise ist der Vernetzer ausgewählt aus Aluminiumacetylacetonat (AIACA) Eisenacetyl- acetonat (FeACA), Titanacetylacetonat (TiACA) oder Zirkoniumacetylacetonat (ZrACA).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Elektrobandschicht eine Dicke von jeweils mindestens 0,05 mm, bevorzugt 0,1 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm, 0,25 mm, 0,27 mm, insbesondere 0,3 mm, 0,32 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, oder 0,5 mm auf und maximal 1 ,5 mm, bevorzugt 1 mm, besonders bevorzugt 0,75 mm, insbesondere 0,65 mm auf.
Zur Herstellung des erfindungsgemäß einzusetzenden Verbundwerkstoffs können zwei gleich dicke oder unterschiedlich dicke Elektrobandschichten verwendet werden.
Bevorzugt ist das Elektroband ein nicht-kornorientiertes Elektroband.
Die Erfindung ist darstellbar auf Basis eines beliebigen nicht kornorientieren Elektrobandes oder -blechs. Bevorzugt besteht das nicht kornorientierte Elektroband oder -blech aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen 0, 1 bis 3,50 Gew.-% Si, 0,01 bis 1,60 Gew.-% AI, 0,07 bis 0,65 Gew.-% Mn und bis zu 0,25 Gew.- % P enthält, sowie einem spezifi schen elektrischen Widerstand von 0, 13 bis 0,70 pQm bei einer Temperatur von 50 °C, beson ders bevorzugt aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen 2,3 bis 3,40 Gew.-% Si, 0,3 bis 1 ,1 Gew.-% AI, 0,07 bis 0,250 Gew.-% Mn und bis zu 0,030 Gew.- % P enthält, sowie einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,40 bis 0,70 pQm bei einer Tem peratur von 50 °C.
In einer weiteren Variante besteht das nicht kornorientierte Elektroband oder -blech aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen 1 ,20 bis 2,50 Gew.-% Si, 0, 10 bis 0,60 Gew.-% AI, 0,10 bis 0,30 Gew.-% Mn und bis zu 0,070 Gew.- % P enthält, sowie einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,29 bis 0,44 pQm bei einer Temperatur von 50 °C
Die Kunststoffschicht weist eine Dicke von mindestens 2 pm, bevorzugt mindestens 3 pm, be sonders bevorzugt mindestens 4 pm, insbesondere mindestens 4,5 pm und von maximal 50 pm, bevorzugt maximal 20 pm, besonders bevorzugt 10 pm, 8 pm, insbesondere maximal 7,5 pm auf.
Um Kurzschlüsse zwischen zwei Elektrobändern zu verhindern werden die Elektrobandschichten gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung mit einer Isolationsschicht versehen, um eine elektri sche Isolation zu erzielen. Vorzugsweise weist die Elektrobandschicht eine Isolationsschicht mit einer Schichtdicke im Bereich von mindestens 0,5 pm, bevorzugt mindestens 1 ,0 pm, besonders bevorzugt mindestens 1 ,5 pm bis maximal 10 pm, bevorzugt maximal 5 pm, besonders bevor zugt bis 2,5 pm, insbesondere bis 1 ,5 pm auf.
Die Isolationsschicht kann aus einem organischen Polymer wie beispielsweise einem Acrylat-, Alkyd-, Epoxid-, Melamin-, Phenol-, Polyamid-, Polyester- und Polyurethanharz oder einer Mi schung hiervon bestehen. Gemäß einer anderen bevorzugten Variante kann das organische Po lymer weitere anorganische Komponenten, beispielsweise Aluminiumphosphat, Pigmente und/oder Füllstoffe, wie beispielsweise Titandioxid, Bariumsulfat, Calciumcarbonat (Kaolin), Silizi umdioxid oder Zinksulfid) enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante besteht die Isolationsschicht aus einem thermisch, chemisch oder strahlungs aktivierbaren Klebstoff.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Lamellenpaket hergestellt in einem wie oben beschriebe nen Verfahren.
Weiterer Gegenstand ist ein Lamellenpaket aus mindestens 2 Lamellen eines Verbundwerkstoffs der eine 1. und eine 2. Elektrobandschicht und eine dazwischen angeordnete Kunststoffschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. und das 2. Elektroband unterschiedliche Stanz kanten bezüglich des Schnitt- zu Bruchanteils aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Statorpaket und ein Rotorpaket enthaltend ein Lamellen paket wie oben beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Verwendung eines Lamellenpaketes wie oben beschrieben in elektrischen Verbraucher oder Erzeuger. So werden die Lamellenpakete in elektrischen Motoren und Generatoren verwendet.
Mithin ist Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen hergestell ten Lamellenpakets in einem Stator. Ferner ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen hergestellten Lamellenpaketes in einem Rotor. Somit ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen hergestellten Lamellenpaketes in einem elektrischen Motor oder Generator.
Ein solches Stator- und/oder Rotorpaket kann vorzugsweise einen homogenen oder heterogenen Aufbau aufweisen. Ein homogener Aufbau besteht aus einer Vielzahl Lagen des Verbundwerk stoffs. Ein heterogener Aufbau besteht aus einer Vielzahl Lagen, also Lamellen, des erfindungs gemäß einzusetzenden Verbundwerkstoffs und dazwischen angeordneten monolithischen Elek- trobandlagen. Beispielsweise kann der Aufbau eine Anordnung aufweisen, in der jede dritte Lage aus einem monolithischen Elektroband besteht. In einer Alternative kann das Paket auch nur eine, mindestens eine, mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,
10,11,12,13,14,15, 16,17, 18,20,21 ,22,23,24,25,26,27,28,29,30, 40, 50, 100, 500, 1000,
10000, 20000, 30000, 50000 oder mehr Lagen haben, bis zu 100000 einzelnen Lamellen (La gen).
Weiterer Gegenstand ist ein Elektromotor enthaltend ein Stator- und/oder Rotorpaket wie oben beschrieben.
Weiterer Gegenstand ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Lamellenpaketes in einem Generator sowie ein Generator enthaltend ein solches Lamellenpaket.
Neben Pakettieren als Fügeverfahren oder zusätzlich dazu werden erfindungsgemäß nieten, schrauben, löten, kleben oder schweißen eingesetzt. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass durch das erfindungsgemäße Paketieren ein si cherer Zusammenhalt der Lamellen gewährleistet ist ohne dabei nachteilige Änderungen der Ei genschaften zu bewirken. Insbesondere werden dadurch weder die magnetischen, akustischen, noch isolierenden Eigenschaften des Verbundwerkstoffes im Vergleich zum Stand der Technik negativ beeinflusst. Gegebenenfalls wird durch den Erhalt der Körner im Gefüge des unteren Bleches des Verbundwerkstoffes eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften im Ver gleich zu monolithischen Blech erzielt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere aufgrund der Kombination von Aus gangsmaterial mit Trenn- und Paketierschritten kann auch nicht-monolithisches Blech analog zu monolithischen Blech bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Einsatz dünner Elektrobänder und die Nutzung der damit verbundenen Vorteile, insbesondere bezüglich der magnetischen Eigenschaften, in vorliegenden Vorrichtungen, Arbeitsprozessen und Verarbeitungstechniken die auf monolithi sches Blech ausgelegt sind ohne oder nur mit geringen Änderungen.
In einer Ausführung des Verfahrens wird für die Bearbeitung des Verbundwerkstoffes als Aus gangsmaterial dasselbe Werkzeug verwendet wie für ein einlagiges, monolithisches, einzelnes Blech mit einer Dicke die gleich der Dicke eines der Bleche des mehrlagigen Ausgangsmaterials ist. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne oder mit geringfügigen Änderungen der Werkzeuge ausgeführt werden und nahtlos in eine bestehende Prozessfolge integriert werden.
In einer Ausführung des Verfahrens wird für die Bearbeitung des Verbundwerkstoffes als Aus gangsmaterial ein Werkzeug verwendet wie für ein vergleichbar dickes einlagiges, monolithi sches, einzelnes Blech mit einer Dicke die gleich der Dicke des mehrlagigen Ausgangsmaterials ist.
Durch das vorliegende Verfahren können mit derselben Anzahl von Trenn- und Paketierschritten doppelt so viele Einzelbleche bzw. Rotor- oder Statorpakete hergestellt und weiter verarbeitet werden im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren. Dies führt zu einer weitaus effektiveren Nutzung der Werkzeuge da sich der Schnittbereich bzw. Schnittanteil im Vergleich zum Stanzen einzelner Bleche nicht oder nur gering verändert. Außerdem wird die Anzahl der Stanzschritte sowie die Anzahl der manuellen Schritte bei nachgelagerten Prozessschritten wie z.B. Lamellen handling oder -bearbeitung, Reinigung, Beschichtung, Paketierung verringert. Beispiel 1
Für das Beispiel wurden einzelne Bleche mit einer Dicke von 0,3 mm als Vergleich gestanzt. Au ßerdem wurden Bleche die über eine Kunststoffschicht stoffschlüssig miteinander vollflächig ver fügt waren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit denselben Werkzeugen wie die ein zelnen Bleche gestanzt. Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren wies Bleche mit einer Dicke von ebenfalls 0,3 mm auf und einer Kunststoffschicht von 6 pm. Die gestanzten Flalbzeuge wurden jeweils übereinandergelegt und mikroskopisch untersucht. Das Ergebnis ist in Fig. 1 dargestellt.
Ein Stapel einzelgestanzter Bleche ist auf der linken Seite zu sehen. Zwei nach dem Stanzen übereinander angeordnete Bleche sind mit Klammern auf der linken Seite markiert. Auf der rech ten Seite sind übereinandergestapelte erfindungsgemäße Flalbzeuge dargestellt. Eines davon ist auf der rechten Seite mit einer Klammer markiert.
Die hellen Bereiche zeigen den Schnittbereich, bzw. Schnittanteil, die dunklen Bereiche den Bruchbereich, bzw. Bruchanteil. Deutlich erkennbar ist, dass der Bruchanteil auf der rechten Sei te, dem erfindungsgemäß hergestellten Halbzeug im unteren Blech deutlich größer als im oberen Blech ist. Der Schnittbereich im unteren Blech ist am unteren Rand des unteren Blechs angeord net.
Beispiel 2
Beispiel 2 ist ein Schnitt durch ein Lamellenpaket dargestellt (Aufnahme am Mikroskop): links monolithische Bleche mit einer Dicke von 0,3 mm; rechts ein Grundwerkstoff aus 2 Elektrobän- dern mit einer Dicke von jeweils 0,3 mm mit einer dazwischen gelagerten Kunststoffschicht von 6 pm. Das rechte Lamellenpaket wurde mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt mit Werkzeugen ausgelegt auf die Verarbeitung von monolithischem Blech mit einer Dicke von 0,3 mm. Die Klammer links und rechts der jeweiligen Abbildungen kennzeichnen die Dicke jeweils einer Lamelle. Deutlich ist rechts die Durchsetzung mit einer Tiefe von ca. 2 Elektrobändern zu erkennen. Ebenso deutlich ist zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zu keiner Be schädigung im Vergleich zu monolithischen Blechen führt, sondern die einzelnen Blechlagen zei gen eine intakte Struktur.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Paketieren von mindestens 2 Lamellen aus einem Verbundwerkstoff durch Tie fen und Verpressen der aufeinander angeordneten Lamellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff eine 1. und eine 2. Elektrobandschicht und eine dazwischen angeordnete Kunststoffschicht umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen durch Stanzen her gestellt werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die 1. und die 2. Elektrobandschicht jeweils an der der Kunststoffschicht abgewandten Seite eine Isola tionsschicht aufweisen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die La mellen zu einem Rotor oder Stator eines Elektromotors paketiert werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. und das 2. Elektrobandschicht jeweils eine Dicke von mindestens 0,05 mm und maximal 1 ,5 mm aufweisen.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht eine Dicke von mindestens 2 pm und von maximal 50 pm aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht aus einem vernetzten hochmolekularen Acrylat basierten Copolymer besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff in einem Stanzschritt mittels Stempel und Matrize ausgestanzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. und das 2. Elektroband unterschiedliche Stanzkanten bezüglich des Schnitt- zu Bruchanteils aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchset zung einer Lamelle eine Tiefe aufweist, die größer als die Dicke einer Elektrobandschicht ist.
11. Lamellenpaket hergestellt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10.
12. Lamellenpaket aus mindestens 2 Lamellen eines Verbundwerkstoffs der eine 1. und eine 2. Elektrobandschicht und eine dazwischen angeordnete Kunststoffschicht aufweist, dadurch ge kennzeichnet, dass das 1. und das 2. Elektroband unterschiedliche Stanzkanten bezüglich des Schnitt-zu Bruchanteils aufweisen.
13. Statorpaket oder Rotorpaket enthaltend ein Lamellenpaket nach Anspruch 11 oder 12.
14. Elektromotor enthaltend ein Stator- und/oder Rotorpaket nach Anspruch 13.
15. Generator enthaltend ein Lamellenpaket nach Anspruch 11 oder 12.
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