EP4352856A1 - Verfahren zur herstellung eines rotors einer elektrischen antriebseinheit - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines rotors einer elektrischen antriebseinheit

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Publication number
EP4352856A1
EP4352856A1 EP22735770.4A EP22735770A EP4352856A1 EP 4352856 A1 EP4352856 A1 EP 4352856A1 EP 22735770 A EP22735770 A EP 22735770A EP 4352856 A1 EP4352856 A1 EP 4352856A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
subassembly
cover plate
laminated
casing
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
EP22735770.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Krippner
Daniel Bierl
Richard Guttenberger
Thomas Peterreins
Udo TUSCHKE
Patric KRAUS
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.)
Buehler Motor GmbH
Original Assignee
Buehler Motor GmbH
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 Buehler Motor GmbH filed Critical Buehler Motor GmbH
Publication of EP4352856A1 publication Critical patent/EP4352856A1/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—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • 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
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rotor of an electric drive unit according to claim 1 and a rotor according to claim 12 and a pump with such a rotor.
  • rotors of an electric drive unit which are used in particular in fluid pumps, must be protected from liquids or gases.
  • the rotor, in particular the laminated core is protected from liquids or gases by a plastic coating or a housing.
  • the laminated core is usually overmoulded in a single-stage overmoulding process with duroplastics. Due to their viscosity, the liquid duroplastics can enter the mold cavity at low pressure. Due to the viscosity, however, it is not possible to completely encapsulate the components using a one-stage overmolding process, since there is a risk of the components sinking in the liquid plastic, so that a two-stage overmolding process is necessary.
  • thermosets for the overmolding process are the cycle times for curing, which generate high process costs. In addition, undesirable burrs are formed on the mold separations and sprue overhangs, which necessitate costly mechanical rework.
  • the object of the invention is to specify a method for producing a rotor of an electric drive unit, with which the cycle times for curing are reduced and thus high process costs are avoided, unwanted burrs on the tool separations are avoided, cost-intensive mechanical rework is avoided and, for cost reasons, a fast, to ensure process-reliable and low-waste production in large series. Furthermore, it is the object of the invention to specify a rotor of an electric drive unit and a pump with such a rotor.
  • a method for producing a rotor of an electric drive unit comprising the following method steps: a) providing a laminated rotor core; b) production of a cover disk with a crown structure by injection molding c) assembly of the cover disk on an axial end face of the laminated rotor core; d) production of a subassembly by axially mounting permanent magnets in magnet receiving pockets of the rotor lamination stack; e) inserting the subassembly into an injection molding tool; f) rotational fixation of the subassembly in the injection molding tool by means of a press fit with anti-twist protection for the subassembly and via the crown structure of the cover plate; g) Production of a media-tight casing of the rotor by overmoulding the pre-assembly and h) Demoulding of the overmoulded rotor from the injection molding tool.
  • a laminated rotor core is provided.
  • the laminated core of the rotor is designed as a so-called T-rotor with internal magnet receiving pockets in which the permanent magnets are mounted.
  • the laminated rotor core can also be designed as a so-called I-rotor with openings in the magnet receiving pockets, in which the permanent magnets are mounted.
  • the installation of the permanent magnets in the rotor lamination stack is possible in any direction known to those skilled in the art (tangential, radial, axial).
  • a cover disk with a crown structure is produced by injection molding and is attached, pressed, glued or mounted by other fastening methods known to those skilled in the art on an axial end face of the laminated rotor core. Permanent magnets are then mounted axially in magnet-receiving pockets in the laminated core of the rotor and a pre-assembly is thereby produced.
  • the pre-assembly is then placed in an injection molding tool and rotationally fixed by means of a press fit with anti-twist protection towards the pre-assembly and via the crown structure of the cover plate.
  • a media-tight coating of the rotor is produced by overmoulding the subassembly, which protects the rotor from liquids, gases or other corrosive media.
  • a tapering chamfer is formed on an outer diameter of the cover disk.
  • the media-tight casing of the rotor has advantages due to the high balancing quality.
  • the media-tight casing of the rotor does not completely cover the front assembly.
  • the axial end face of the cover disc is left out of the casing.
  • the impermeability of the rotor in this area is achieved via the tapering chamfer on the cover disc and via the preheating of the sub-assembly prior to overmoulding.
  • the overmoulded rotor is demolded from the injection mold and thereby ejected from the injection mold.
  • the subassembly is positioned X-Y relative to the axis of rotation in the injection molding tool by the crown structure of the cover plate. This ensures that the pre-assembly does not shift during overmoulding and thus avoids an imbalance.
  • the casing and/or the cover plate consist of a thermoplastic material, in particular impact-modified polyphenylene sulfide (PPS).
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the impact strength modifier added to the PPS prevents cracks in the casing and/or the cover plate.
  • Other advantages of using PPS as the base material for the sheathing and/or the cover plate are chemical resistance to corrosive media and increased temperature resistance.
  • thermoplastic material In contrast to the use of duroplastic plastic materials, a material connection or welding between the cover disc and the casing is possible when the rotor is encased in thermoplastic material.
  • the cycle times for curing the thermoplastic plastic material are also lower than with thermoset plastic materials, which leads to a reduction in process costs.
  • Another advantage of thermoplastic material is that there are no unwanted burrs on the mold separations and sprue overhangs and therefore no cost-intensive mechanical rework is required.
  • the medium-tight casing on the outer diameter of the rotor is designed to be thin-walled, at least in the area of the permanent magnets. This allows a magnetically ineffective air gap between the permanent magnets and the stator winding to remain small.
  • the casing here is thin-walled, ie, for example, less than 1 mm. Under thin-walled here is a smaller wall thickness of the sheathing in the area To understand permanent magnets in comparison to the remaining wall thickness of the casing outside this range.
  • At least two injection points are rotationally located in the thin-walled area. This ensures complete filling with the thermoplastic synthetic material.
  • the at least two injection points are arranged symmetrically to the central axis of the rotor in order to avoid displacement of the sub-assembly during the injection molding process.
  • the crown structure on the cover disk prevents the front assembly from twisting during the filling process. If only one injection point were used, the melt would shift or tilt the subassembly.
  • a single injection point must be placed on an additional rotor feature (e.g. impeller) that is sufficiently far away from the pre-assembly so that the flow fronts are first merged and the newly created common flow front flows along the pre-assembly in an exactly uniform cylindrical manner.
  • additional rotor feature e.g. impeller
  • the sub-assembly to be overmolded is neither displaced in the X-Y-Z directions nor twisted in rotation nor tilted by the melt.
  • this can not be guaranteed process-reliable.
  • the subassembly is supported in the z-direction in relation to the injection molding tool over the entire surface of the cover plate. This ensures that the permanent magnets remain securely positioned in the magnet receiving pockets during the injection molding process.
  • a tapering chamfer is formed on an outer diameter of the cover plate.
  • the tapering bevel allows the thin, amorphous edge layer of the cover plate to melt more easily. Slight burrs in the parting line optimize this effect.
  • the laminated core of the rotor has stepped laminated core sections in the edge area. The gradation in the edge area avoids a notch effect, which is the origin of potential cracking when the temperature changes, and reduces the risk of the outermost laminations of the rotor laminated core being bent by melt flowing past.
  • a bearing bush is centered on the subassembly in the injection molding tool. Precise centering of the bearing bush to the front assembly enables high balancing quality.
  • the overmolding creates a mechanical connection to the bearing bush.
  • the bearing bush can be made of a metallic material or of another material known to those skilled in the art.
  • the bearing bush and the pre-assembly are preheated before the encapsulation. Preheating is done to about 150°C. However, other preheating temperatures are also possible. The preheating optimizes the welding of the cover pane to the thermoplastic material and reduces internal stresses in the encapsulation that can cause cracking in the encapsulation.
  • a vent is provided in the injection molding tool at the end of the flow path.
  • the ventilation can be designed as an ejector or as a ventilation hole. Through the ventilation in the injection molding tool, the air can safely escape completely and defects can be avoided. A brief stagnation of air in front of the ventilation optimizes the welding through local heating of the outgoing chamfer on the cover plate.
  • the invention relates to a rotor of an electric drive unit with a rotor laminated core, which is surrounded by a media-tight casing, with a cover disk with a crown structure being mounted on an axial end face of the rotor laminated core, with permanent magnets being mounted axially in magnet receiving pockets in the rotor laminated core and forming a subassembly, wherein the subassembly is inserted into an injection mold, with a rotary
  • the subassembly is fixed in the injection molding tool by means of a press fit with an anti-twist device to the subassembly and the crown structure of the cover disk, the media-tight coating of the rotor being provided by overmolding the subassembly and the overmolded rotor being demolded from the injection molding tool.
  • the bearing bush is arranged, in particular injected, in a recess for a shaft in the laminated rotor core.
  • the bearing bush can also be fastened in the rotor in any way known to a person skilled in the art.
  • the casing and/or the cover disc are made of a thermoplastic material, in particular impact-modified polyphenylene sulfide (PPS), and/or the laminated rotor core is made of magnetized laminations and the permanent magnets are rare earth magnets and/or plastic-bonded magnets.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the impact strength modifier added to the PPS prevents cracks in the casing and/or the cover plate.
  • Other advantages of using PPS as the base material for the sheathing and/or the cover plate are chemical resistance to corrosive media and increased temperature resistance.
  • the invention relates to a pump with a previously disclosed rotor of an electric drive unit, in particular a coolant or heating medium pump, preferably for a motor vehicle or a household appliance.
  • the rotor according to the invention of an electric drive unit can also be used in an oil pump or an oil mist separator.
  • the advantages and preferred configurations mentioned in connection with the rotor also apply correspondingly to the electric drive unit and also to the (fluid) pump or oil pump equipped with the electric drive unit and the oil mist separator equipped with the electric drive unit.
  • FIG. 2 a plan view of the rotor according to FIG. 2;
  • FIG. 3 a detailed view of the distal end of the rotor according to the invention according to FIG. 1;
  • FIG. 4 a plan view of the rotor according to the invention according to FIG. 3;
  • Fig. 5 a sectional view of the rotor according to the invention according to Fig. 3.
  • Fig. 1 shows an overmolding of the rotor (1) according to the invention of an electric drive unit, comprising a rotor core (2) (not shown here) on which a cover plate (3) with a crown structure (4) is mounted on an axial end face and which is Recording of permanent magnets (5) (not shown here) in magnet receiving pockets (6) (not shown here) produces a subassembly (7).
  • the pre-assembly (7) is placed in an injection molding tool and rotationally fixed by means of a press fit with an anti-twist device towards the pre-assembly and via the crown structure of the cover plate.
  • a media-tight casing (9) of the rotor is produced by overmoulding the pre-assembly (7) in an overmoulding process.
  • the medium-tight casing (9) of the rotor (1) does not completely cover the front assembly (7).
  • the axial end face of the cover disc (3) is left open by the casing (9).
  • a tapering chamfer (8) is formed on an outer diameter of the cover plate (3), which allows the thin amorphous edge layer of the cover plate (3) to melt more easily and connects to the casing (9) during the overmolding process.
  • the bearing bush (12) is placed in a recess (13) for a shaft in the subassembly (7) and centered towards the subassembly (7) in the injection molding tool. Before overmoulding, the sub-assembly (7) and the bearing bush (12) can be preheated. Alternatively, the bearing bush (12) can also be retrofitted to the rotor (1).
  • Fig. 2 shows a plan view of the rotor according to Fig. 2, comprising a cover disk (3) with a crown structure (4) which is mounted on an axial end face of the pre-assembly (7).
  • the front assembly (7) is placed in an injection mold and fixed rotationally by a press fit with anti-twist protection towards the front assembly and via the crown structure of the cover plate.
  • a media-tight casing (9) of the rotor is produced by overmoulding the pre-assembly (7) in an overmoulding process.
  • the media-tight casing of the rotor does not completely cover the front assembly.
  • the axial face of the cover disc (3) is left out of the casing.
  • the casing (9) only merges with the edge area of the cover plate (3).
  • a bearing bush (12) When inserting the subassembly (7) into the injection mold, a bearing bush (12) can also be inserted into the injection mold.
  • the bearing bush (12) is placed in a recess (13) for a shaft in the subassembly (7) and centered towards the subassembly (7) in the injection molding tool.
  • the sub-assembly (7) and the bearing bush (12) can be preheated.
  • the bearing bush (12) can also be retrofitted to the rotor (1).
  • Fig. 3 shows a detailed view of the distal end of the rotor (1) according to the invention of an electric drive unit, which has a medium-tight casing (9) of the rotor (1) by encapsulation of the subassembly (7).
  • the casing (9) of the rotor (1) is thin-walled at least in the area of the permanent magnets (5) (not shown here).
  • In the thin-walled area there are at least two rotational injection points (10) which ensure that the rotor (1) is completely filled with the thermoplastic material.
  • the at least two injection points (10) are arranged symmetrically in order to prevent the subassembly (7) from shifting or tilting during the injection molding process.
  • a tapering chamfer (8) is formed on the outer diameter of the cover disc (3).
  • the encapsulated rotor (1) has an injected bearing bush (12). Alternatively, the bearing bush (12) can also be mounted after the encapsulation process.
  • Fig. 4 shows a plan view of the rotor (1) according to the invention as shown in Fig. 3, comprising a medium-tight casing (9) of the rotor (1) by overmolding the complete subassembly (7), at least two injection points (10) that rotate in the thin-walled area are arranged, a tapering chamfer (8) on the outer diameter of the cover plate (3) and a bearing bush (12).
  • Fig. 5 shows a sectional view of the rotor (1) according to the invention as shown in FIG. 5) produces a sub-assembly (7) in magnet receiving pockets (6).
  • the cover disk (3) has a tapering chamfer (8) on its outer diameter.
  • the rotor laminated core (2) has stepped laminated core sections (11) in the edge area.
  • a bearing bush (12) is mounted in the subassembly (7), centered towards the subassembly, in a recess (13) for a shaft.
  • the front assembly (7) is surrounded by a media-tight casing (9) made of thermoplastic material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere eines Elektromotors, das folgende Verfahrensschritte umfasst: a) Bereitstellen eines Rotorblechpakets (2); b) Herstellung einer Abdeckscheibe (3) mit einer Kronenstruktur (4) durch Spritzgießen; c) Montage der Abdeckscheibe (3) auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpakets (2); d) Herstellung einer Vorbaugruppe (7) durch axiales Montieren von Permanentmagneten (5) in Magnetaufnahmetaschen (6) des Rotorblechpakets (2); e) Einlegen der Vorbaugruppe (7) in ein Spritzgusswerkzeug; f) rotatorische Fixierung der Vorbaugruppe (7) in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe (7) und über die Kronenstruktur (4) der Abdeckscheibe (3); g) Herstellung eine mediendichten Ummantelung (9) des Rotors (1) durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) und h) Entformung des umspritzten Rotors (1) aus dem Spritzgusswerkzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Rotor einer elektrischen Antriebseinheit sowie eine Pumpe mit einem solchen Rotor.

Description

Titel: Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Antriebseinheit
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Antriebseinheit gemäß Anspruch 1 sowie einen Rotor gemäß Anspruch 12 und eine Pumpe mit einem solchen Rotor.
Es ist allgemein bekannt, dass Rotoren einer elektrischen Antriebseinheit, die insbesondere in Fluidpumpen Anwendung finden, vor Flüssigkeiten oder Gasen geschützt werden müssen. Der Rotor, insbesondere das Blechpaket, wird durch eine Kunststoffumspritzung oder ein Gehäuse vor Flüssigkeiten oder Gasen geschützt. Die Umspritzung des Blechpakets erfolgt in der Praxis meist durch einen einstufigen Umspritzungsvorgang mit Duroplasten. Die flüssigen Duroplasten können viskositätsbedingt mit geringen Drücken in die Werkzeugkavität einlaufen. Viskositätsbedingt ist jedoch keine vollständige Umhüllung der Bauteile mittels einstufigem Umspritzungsvorgang möglich, da eine Gefahr eines Absinkens der Bauteile im flüssigen Kunststoff besteht, sodass ein zweistufiger Umspritzungsvorgang erforderlich ist. Beim zweistufigen Umspritzungsvorgang haftet die Verbindungsstelle der beiden Duroplast-Hüllkomponenten dabei nur leicht aneinander und es entsteht keine stoffschlüssige Verbindung. Zudem können anwendungstypische Temperaturwechsel leicht zum Aufbrechen der Kontaktstelle führen und ermöglichen so das Eindringen von korrosiven Medien in das Blechpaket des Rotors. Ein weiterer Nachteil bei Verwendung von Duroplasten für den Umspritzungsvorgang sind die Zykluszeiten zum Aushärten, die hohe Prozesskosten erzeugen. Zudem entstehen unerwünschte Grate an den Werkzeugtrennungen sowie Angussüberstände, die kostenintensive mechanische Nacharbeit erforderlich machen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Antriebseinheit anzugeben, mit dem die Zykluszeiten zum Aushärten reduziert und dadurch hohe Prozesskosten vermieden werden, unerwünschte Grate an den Werkzeugtrennungen zu vermeiden, kostenintensive mechanische Nacharbeiten zu vermeiden sowie aus Kostengründen eine schnelle, prozesssichere und ausschussarme Fertigung in Großserienstückzahl zu gewährleisten. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Rotor einer elektrischen Antriebseinheit sowie eine Pumpe mit einem solchen Rotor anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmale gemäß Anspruch 1, im Hinblick auf den Rotor durch die Merkmale gemäß Anspruch 12 und im Hinblick auf die Pumpe durch die Merkmale gemäß Anspruch 15 gelöst.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere eines Elektromotors, vorgeschlagen, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Rotorblechpakets; b) Herstellung einer Abdeckscheibe mit einer Kronenstruktur durch Spritzgießen c) Montage der Abdeckscheibe auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpakets; d) Herstellung einer Vorbaugruppe durch axiales Montieren von Permanentmagneten in Magnetaufnahmetaschen des Rotorblechpakets; e) Einlegen der Vorbaugruppe in ein Spritzgusswerkzeug; f) Rotatorische Fixierung der Vorbaugruppe in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe und über die Kronenstruktur der Abdeckscheibe; g) Herstellung einer mediendichten Ummantelung des Rotors durch Umspritzung der Vorbaugruppe und h) Entformung des umspritzen Rotors aus dem Spritzgusswerkzeug.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotors wird ein Rotorblechpaket bereitgestellt. Das Rotorblechpaket ist als sogenannter T-Rotor mit innenliegenden Magnetaufnahmetaschen ausgebildet, in denen die Permanentmagnete montiert werden. Alternativ kann das Rotorblechpaket aber auch als sogenannter I- Rotor mit Durchbrüchen in den Magnetaufnahmetaschen ausgebildet sein, in denen die Permanentmagnete montiert werden. Die Montage der Permanentmagnete im Rotorblechpaket ist in jede dem Fachmann bekannte Richtung (tangential, radial, axial) möglich.
Eine Abdeckscheibe mit einer Kronenstruktur wird durch Spritzgießen hergestellt und auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpakets aufgesteckt, aufgepresst, geklebt oder durch andere dem Fachmann bekannte Befestigungsverfahren montiert. Anschließend werden Permanentmagnete in Magnetaufnahmetaschen des Rotorblechpakets axial montiert und eine Vorbaugruppe hierdurch hergestellt.
Anschließend wird die Vorbaugruppe in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und rotatorisch durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe hin und über die Kronenstruktur der Abdeckscheibe fixiert. In einem Umspritzungsvorgang wird eine mediendichte Ummantelung des Rotors durch Umspritzung der Vorbaugruppe hergestellt, die den Rotor vor Flüssigkeiten, Gasen oder anderen korrosiven Medien schützt. An einem Außendurchmesser der Abdeckscheibe ist eine auslaufende Fase ausgebildet. Die mediendichte Ummantelung des Rotors weist Vorteile durch eine hohe Wuchtgüte auf. Die mediendichte Ummantelung des Rotors bedeckt dabei die Vorbaugruppe nicht vollständig. Die axiale Stirnseite der Abdeckscheibe wird von der Ummantelung ausgespart. Die Dichtheit des Rotors in diesem Bereich wird über die auslaufende Fase an der Abdeckscheibe und über das Vorheizen der Vorbaugruppe vor der Umspritzung erzielt. In einem letzten Prozessschritt wird der umspritzte Rotor aus dem Spritzgusswerkzeug entformt und dadurch aus dem Spritzgusswerkzeug ausgeworfen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung erfolgt eine X-Y-Positionierung der Vorbaugruppe zur Rotationsachse in dem Spritzgusswerkzug durch die Kronenstruktur der Abdeckscheibe. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Verschiebung der Vorbaugruppe beim Umspritzen und somit eine Unwucht vermieden wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung bestehen die Ummantelung und/oder die Abdeckscheibe aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere schlagzäh modifiziertem Polyphenylensulfid (PPS). Durch den, dem PPS zugesetzten, Schlagzähmodifikator werden Risse in der Ummantelung und/oder der Abdeckscheibe vermieden. Weitere Vorteile bei der Verwendung von PPS als Grundwerkstoff für die Ummantelung und/oder die Abdeckscheibe sind die chemische Beständigkeit gegenüber korrosiven Medien sowie eine erhöhte Temperaturbeständigkeit.
Im Gegensatz zur Verwendung von duroplastischen Kunstoffmaterialien ist bei einer Ummantelung des Rotors mit thermoplastischem Kunststoffmaterial eine stoffliche Verbindung bzw. Verschweißung zwischen der Abdeckscheibe und der Ummantelung möglich. Auch sind die Zykluszeiten zum Aushärten des thermoplastischen Kunststoffmaterials geringer als bei duroplastischen Kunstoffmaterialien, die zu einer Senkung der Prozesskosten führen. Ein weiterer Vorteil von thermoplastischem Kunststoffmaterial ist, dass keine unerwünschten Grate an den Werkzeugtrennungen sowie Angussüberständen entstehen und somit sind keine kostenintensiven mechanischen Nacharbeiten erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die mediendichte Ummantelung am Außendurchmesser des Rotors zumindest im Bereich der Permanentmagnete dünnwandig ausgebildet. Dies ermöglicht, dass ein magnetisch unwirksamer Luftspalt zwischen den Permanentmagneten und der Statorwicklung gering bleibt. Die Ummantelung ist hierbei dünnwandig, d. h. z. B. unter 1mm, ausgebildet. Unter dünnwandig ist hierbei eine geringere Wandstärke der Ummantelung im Bereich der Permanentmagnete im Vergleich zur restlichen Wandstärke der Ummantelung außerhalb dieses Bereiches zu verstehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung liegen mindestens zwei Anspritzpunkte rotatorisch im dünnwandigen Bereich. Dadurch wird eine vollständige Füllung mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial gewährleistet. Die mindestens zwei Anspritzpunkte werden symmetrisch zur Rotor-Mittelachse angeordnet, um so eine Verschiebung der Vorbaugruppe beim Spritzgussverfahren zu vermeiden. Zusätzlich wird durch die Kronenstruktur an der Abdeckscheibe eine Verdrehung der Vorbaugruppe während des Füllvorgangs verhindert. Bei Verwendung nur eines Anspritzpunktes würde die Schmelze die Vorbaugruppe verschieben bzw. verkippen.
Alternativ muss ein einzelner Anspritzpunkt auf ein zusätzliches Rotorfeature (z. B. Flügelrad) gesetzt werden, das sich ausreichend weit entfernt von der Vorbaugruppe befindet, sodass die Fließfronten zunächst zusammengeführt werden und die neu entstehende gemeinsame Fließfront exakt gleichmäßig zylindrisch entlang der Vorbaugruppe fließt. Bei der Füllung über mehrere Anspritzpunkte ist es für die Wuchtgüte entscheidend, dass die zu umspritzende Vorbaugruppe durch die Schmelze weder in den Richtungen X-Y-Z verschoben, noch rotatorisch verdreht, noch verkippt wird. Für eine einstufige Umspritzung, wie z. B. mit duroplastischem Kunststoffmaterial, kann diese nicht prozesssicher gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird die Vorbaugruppe gegenüber dem Spritzgusswerkzeug in z-Richtung über die gesamte Oberfläche der Abdeckscheibe abgestützt. Dies gewährleistet, dass die Permanentmagnete in den Magnetaufnahmetaschen während dem Spritzgussverfahren sicher positioniert bleiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist an einem Außendurchmesser der Abdeckscheibe eine auslaufende Fase ausgebildet. Die auslaufende Fase ermöglicht ein leichteres Anschmilzen der dünnen amorphen Randschicht der Abdeckscheibe. Leichte Grate in der Trennebene optimieren diesen Effekt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist das Rotorblechpaket abgestufte Blechpaketschnitte im Randbereich auf. Die Abstufung im Randbereich vermeidet eine Kerbwirkung, die Ursprung einer potentiellen Rissbildung bei Temperaturwechsel ist, und reduziert die Gefahr, dass die äußersten Bleche des Rotorblechpakets durch vorbeifließende Schmelze verbogen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird eine Lagerbüchse zu der Vorbaugruppe im Spritzgusswerkzeug zentriert. Eine präzise Zentrierung der Lagerbüchse zu der Vorbaugruppe ermöglicht eine hohe Wuchtgüte. Die Umspritzung stellt eine mechanische Verbindung zur Lagerbüchse her. Die Lagerbüchse kann aus einem metallischen Material oder aus einem anderen dem Fachmann bekannten Material ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung werden die Lagerbüchse und die Vorbaugruppe vor der Umspritzung vorgewärmt. Das Vorheizen erfolgt auf ungefähr 150°C. Es sind jedoch auch andere Vorheiztemperaturen möglich. Durch das Vorheizen wird die Verschweißung der Abdeckscheibe mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial optimiert und innere Spannungen in der Umspritzung vermindert, die eine Rissbildung in der Umspritzung hervorrufen können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist eine Entlüftung im Spritzgusswerkzeug am Fließwegende vorgesehen. Die Entlüftung kann hierbei als Auswerfer oder als Entlüftungsbohrung ausgebildet sein. Durch die Entlüftung im Spritzgusswerkzeug kann die Luft sicher vollständig entweichen und Fehlstellen können vermeiden werden. Eine kurzzeitige Stauung der Luft vor der Entlüftung optimiert die Verschweißung durch lokale Erwärmung der auslaufenden Fase an der Abdeckscheibe.
Ferner betrifft die Erfindung einen Rotor einer elektrischen Antriebseinheit mit einem Rotorblechpaket, das mediendicht mit einer Ummantelung umgeben ist, wobei eine Abdeckscheibe mit Kronenstruktur auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpaket montiert wird, wobei in das Rotorblechpaket Permanentmagnete in Magnetaufnahmetaschen axial montiert sind und eine Vorbaugruppe bilden, wobei die Vorbaugruppe in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird, wobei eine rotatorische Fixierung der Vorbaugruppe in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zu der Vorbaugruppe und über die Kronenstruktur der Abdeckscheibe fixiert ist, wobei die mediendichte Ummantelung des Rotors durch Umspritzung der Vorbaugruppe erfolgt und wobei der umspritzte Rotor aus dem Spritzgusswerkzeug entformt wird.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Lagerbüchse in einer Ausnehmung für eine Welle im Rotorblechpaket angeordnet, insbesondere eingespritzt. Die Lagerbüchse kann aber auch auf jede dem Fachmann bekannte Art in dem Rotor befestigt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung bestehen die Ummantelung und/oder die Abdeckscheibe aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere schlagzäh modifiziertem Polyphenylensulfid (PPS), und/oder das Rotorblechpaket aus magnetisierten Blechen besteht und dass die Permanentmagnete Seltenerden-Magnete und/oder kunstoffgebundene Magnete sind. Durch den, dem PPS zugesetzten, Schlagzähmodifikator werden Risse in der Ummantelung und/oder der Abdeckscheibe vermieden. Weitere Vorteile der Verwendung von PPS als Grundwerkstoff für die Ummantelung und/oder die Abdeckscheibe sind die chemische Beständigkeit gegenüber korrosiven Medien sowie eine erhöhte Temperaturbeständigkeit.
Ferner betrifft die Erfindung eine Pumpe mit einem zuvor offenbarten Rotor einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere Kühl-oder Heizmittelpumpe, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug oder ein Haushaltsgerät. Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Antriebseinheit kann auch in einer Ölpumpe oder einem Ölnebelabscheider Anwendung finden. Die im Zusammenhang mit dem Rotor genannten Vorteile und bevorzugten Ausbildungen gelten entsprechend auch für die elektrische Antriebseinheit und auch für die mit der elektrischen Antriebseinheit ausgestattete (Fluid-) Pumpe bzw. Ölpumpe sowie den mit der elektrischen Antriebseinheit ausgestatten Ölnebelabscheider.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbespielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: eine Umspritzung des erfindungsgemäßen Rotors;
Fig. 2: eine Draufsicht des Rotors gemäß Fig. 2;
Fig. 3: eine Detailansicht des distalen Endes des erfindungsgemäßen Rotors gemäß Fig 1;
Fig. 4: eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Rotors gemäß Fig. 3;
Fig. 5: eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rotors gemäß Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine Umspritzung des erfindungsgemäßen Rotors (1) einer elektrischen Antriebseinheit, umfassend ein Rotorblechpaket (2) (hier nicht gezeigt), auf dem auf einer axialen Stirnseite eine Abdeckscheibe (3) mit einer Kronenstruktur (4) montiert ist und das durch Aufnahme von Permanentmagneten (5) (hier nicht gezeigt) in Magnetaufnahmetaschen (6) (hier nicht gezeigt) eine Vorbaugruppe (7) herstellt. Die Vorbaugruppe (7) wird in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und rotatorisch durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe hin und über die Kronenstruktur der Abdeckscheibe fixiert. In einem Umspritzungsvorgang wird eine mediendichte Ummantelung (9) des Rotors durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) hergestellt. Die mediendichte Ummantelung (9) des Rotors (1) bedeckt dabei die Vorbaugruppe (7) nicht vollständig. Die axiale Stirnseite der Abdeckscheibe (3) wird von der Ummantelung (9) ausgespart. An einem Außendurchmesser der Abdeckscheibe (3) ist eine auslaufende Fase (8) ausgebildet, die ein leichteres Anschmelzen der dünnen amorphen Randschicht der Abdeckscheibe (3) ermöglicht und sich mit der Ummantelung (9) während des Umspritzungsvorgangs verbindet. Beim Einlegen der Vorbaugruppe (7) in das Spritzgusswerkzeug kann zusätzlich eine Lagerbüchse (12) in das Spritzgusswerkzeug eingelegt werden. Die Lagerbüchse (12) wird dabei in einer Ausnehmung (13) für eine Welle in der Vorbaugruppe (7) eingelegt und zur Vorbaugruppe (7) hin im Spritzgusswerkzeug zentriert. Vor dem Umspritzen können die Vorbaugruppe (7) und die Lagerbüchse (12) vorgewärmt werden. Alternativ kann die Lagerbüchse (12) auch nachträglich in den Rotor (1) montiert werden.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Rotors gemäß Fig. 2, umfassend eine Abdeckscheibe (3) mit einer Kronenstruktur (4), die auf einer axialen Stirnseite der Vorbaugruppe (7) montiert ist. Die Vorbaugruppe (7) wird in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und rotatorisch durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe hin und über die Kronenstruktur der Abdeckscheibe fixiert. In einem Umspritzungsvorgang wird eine mediendichte Ummantelung (9) des Rotors durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) hergestellt. Die mediendichte Ummantelung des Rotors bedeckt dabei die Vorbaugruppe nicht vollständig. Die axiale Stirnseite der Abdeckscheibe (3) wird von der Ummantelung ausgespart. Die Ummantelung (9) verschmilzt lediglich mit dem Randbereich der Abdeckscheibe (3). Beim Einlegen der Vorbaugruppe (7) in das Spritzgusswerkzeug kann zusätzlich eine Lagerbüchse (12) in das Spritzgusswerkzeug eingelegt werden. Die Lagerbüchse (12) wird dabei in eine Ausnehmung (13) für eine Welle in der Vorbaugruppe (7) eingelegt und zur Vorbaugruppe (7) hin im Spritzgusswerkzeug zentriert. Vor dem Umspritzen können die Vorbaugruppe (7) und die Lagerbüchse (12) vorgewärmt werden. Alternativ kann die Lagerbüchse (12) auch nachträglich in den Rotor (1) montiert werden.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht des distalen Endes des erfindungsgemäßen Rotors (1) einer elektrischen Antriebseinheit, die eine mediendichte Ummantelung (9) des Rotors (1) durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) aufweist. Die Ummantelung (9) des Rotors (1) ist zumindest im Bereich der Permanentmagnete (5) (hier nicht gezeigt) dünnwandig ausgebildet. Im dünnwandigen Bereich liegen rotatorisch mindestens zwei Anspritzpunkte (10), die eine vollständige Füllung des Rotors (1) mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial gewährleisten. Die mindestens zwei Anspritzpunkte (10) werden symmetrisch angeordnet, um so eine Verschiebung oder Verkippung der Vorbaugruppe (7) beim Spritzgussverfahren zu vermeiden. An dem Außendurchmesser der Abdeckscheibe (3) ist eine auslaufende Fase (8) ausgebildet. Der umspritzte Rotor (1) weist hier eine eingespritzte Lagerbüchse (12) auf. Alternativ kann die Lagerbüchse (12) auch nach dem Umspritzungsvorgang montiert werden.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Rotors (1) gemäß Fig. 3, umfassend eine mediendichte Ummantelung (9) des Rotors (1) durch Umspritzung der vollständigen Vorbaugruppe (7), mindestens zwei Anspritzpunkte (10), die rotatorisch im dünnwandigen Bereich angeordnet sind, eine auslaufende Fase (8) an dem Außendurchmesser der Abdeckscheibe (3) sowie eine Lagerbüchse (12). Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Rotors (1) gemäß Fig. 3, umfassend ein Rotorblechpaket (2), auf dem auf einer axialen Stirnseite eine Abdeckscheibe (3) mit einer Kronenstruktur (4) montiert ist und das durch Aufnahme von Permanentmagneten (5) in Magnetaufnahmetaschen (6) eine Vorbaugruppe (7) herstellt. Die Abdeckscheibe (3) weist an ihrem Außendurchmesser eine auslaufende Fase (8) auf. Das Rotorblechpaket (2) weist im Randbereich abgestufte Blechpaketschnitte (11) auf. In der Vorbaugruppe (7) ist eine Lagerbüchse (12) zentriert zur Vorbaugruppe hin in einer Ausnehmung (13) für eine Welle montiert. Die Vorbaugruppe (7) ist mit einer mediendichten Ummantelung (9) aus thermoplastischem Kunststoffmaterial umgeben.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Rotorblechpaket
3 Abdeckscheibe
4 Kronenstruktur
5 Permanentmagnet
6 Magnetaufnahmetasche
7 Vorbaugruppe
8 Fase
9 Ummantelung
10 Anspritzpunkt
11 Abgestufte Blechpaketschnitte
12 Lagerbüchse
13 Ausnehmung

Claims

Titel: Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Antriebseinheit PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere eines Elektromotors, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines Rotorblechpakets (2); b) Herstellung einer Abdeckscheibe (3) mit einer Kronenstruktur (4) durch Spritzgießen; c) Montage der Abdeckscheibe (3) auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpakets (2); d) Herstellung einer Vorbaugruppe (7) durch axiales Montieren von Permanentmagneten (5) in Magnetaufnahmetaschen (6) des Rotorblechpakets (2); e) Einlegen der Vorbaugruppe (7) in ein Spritzgusswerkzeug; f) rotatorische Fixierung der Vorbaugruppe (7) in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zur Vorbaugruppe (7) und über die Kronenstruktur (4) der Abdeckscheibe (3); g) Herstellung eine mediendichten Ummantelung (9) des Rotors (1) durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) und h) Entformung des umspritzten Rotors (1) aus dem Spritzgusswerkzeug.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine X-Y- Positionierung der Vorbaugruppe (7) zur Rotationsachse in dem Spritzgusswerkzeug durch die Kronenstruktur (4) der Abdeckscheibe (3) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) und/oder die Abdeckscheibe (3) aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere schlagzäh modifiziertem Polyphenylensulfid (PPS), bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mediendichte Ummantelung (9) am Außendurchmesser des Rotors (1) zumindest im Bereich der Permanentmagnete (5) dünnwandig ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anspritzpunkte (10) rotatorisch im dünnwandigen Bereich liegen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbaugruppe (7) gegenüber dem Spritzgusswerkzeug in z-Richtung über die gesamte Oberfläche der Abdeckscheibe (3) abgestützt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außendurchmesser der Abdeckscheibe (3) eine auslaufende Fase (8) ausgebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblechpaket (2) abgestufte Blechpaketschnitte (11) im Randbereich aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerbüchse (12) zu der Vorbaugruppe (7) im Spritzgusswerkzeug zentriert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (12) und die Vorbaugruppe (7) vor der Umspritzung vorgewärmt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlüftung im Spritzgusswerkzeug am Fließwegende der Ummantelung (9) vorgesehen ist.
12. Rotor (1) einer elektrischen Antriebseinheit mit einem Rotorblechpaket (2), das vollständig und mediendicht mit einer Ummantelung (9) umgeben ist, wobei eine Abdeckscheibe (3) mit Kronenstruktur (4) auf einer axialen Stirnseite des Rotorblechpaket (2) montiert wird, wobei in das Rotorblechpaket (2) Permanentmagnete (5) in Magnetaufnahmetaschen (6) axial montiert sind und eine Vorbaugruppe (7) bilden, wobei die Vorbaugruppe (7) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird, wobei eine rotatorische Fixierung der Vorbaugruppe (7) in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Presspassung mit Verdrehsicherung zu der Vorbaugruppe (7) und über die Kronenstruktur (4) der Abdeckscheibe (3) gewährleistet wird, wobei die mediendichte Ummantelung (9) des Rotors (1) durch Umspritzung der Vorbaugruppe (7) erfolgt und wobei der umspritzte Rotor (1) aus dem Spritzgusswerkzeug entformt wird.
13. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbüchse (12) in einer Ausnehmung (13) für eine Welle im Rotorblechpaket (2) angeordnet, insbesondere eingespritzt, ist.
14. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (9) und/oder die Abdeckscheibe (3) aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere schlagzäh modifiziertem Polyphenylensulfid (PPS), bestehen und/oder das Rotorblechpaket aus magnetisierten Blechen bestehen und dass die Permanentmagnete Seltenerden-Magnete und/oder kunstoffgebundene Magnete sind.
15. Pumpe mit einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere einem Elektromotor, umfassend einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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