EP4659334A1 - Verfahren zur herstellung eines blechpakets und dieses blechpaket - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines blechpakets und dieses blechpaket

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Publication number
EP4659334A1
EP4659334A1 EP24707131.9A EP24707131A EP4659334A1 EP 4659334 A1 EP4659334 A1 EP 4659334A1 EP 24707131 A EP24707131 A EP 24707131A EP 4659334 A1 EP4659334 A1 EP 4659334A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
laminated core
bead
sheet
layers
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
EP24707131.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ronald Fluch
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.)
Voestalpine Stahl GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl 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 Voestalpine Stahl GmbH filed Critical Voestalpine Stahl GmbH
Publication of EP4659334A1 publication Critical patent/EP4659334A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/24—Protection against failure of cooling arrangements, e.g. due to loss of cooling medium or due to interruption of the circulation of cooling medium
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the invention relates to a laminated core, in particular for an electrical machine, with a plurality of layers arranged one above the other, wherein the layers each have a single first sheet metal part or a plurality of second sheet metal parts arranged next to one another, with a hot-melt adhesive lacquer layer, for example baking varnish, provided between the layers, in particular a thermo-hardened one, which connects the first or second sheet metal parts to one another in a materially bonded manner and over the entire surface, and with at least one cooling channel which runs through the layers of the laminated core, for which the respective first or second sheet metal parts have at least one channel recess, wherein the cooling channel is arranged eccentrically to a longitudinal axis of the laminated core running through the center of the laminated core.
  • a hot-melt adhesive lacquer layer for example baking varnish
  • a reduced size with increased power density in laminated sheet packages requires cooling with coolant, for example with the help of cooling channels through the sheet package - which requires a gap-free arrangement between the layers, each with a single first sheet part or several second sheet parts arranged next to each other.
  • coolant for example with the help of cooling channels through the sheet package - which requires a gap-free arrangement between the layers, each with a single first sheet part or several second sheet parts arranged next to each other.
  • undesirable impairment of the properties of the hot-melt adhesive layer or other negative influencing factors the formation of gaps between the layers cannot be reliably ruled out - especially not when there is a high fluid pressure on the sheet package.
  • Such sheet packages are therefore often not usable in high-performance areas with intensive cooling requirements.
  • the invention solves the problem by the features of claim 1.
  • the stability of the laminated core against the passage of liquid between the layers can be improved if the first or second sheet metal part in at least two layers has at least one bead, by means of which the at least two layers interlock.
  • these beads completely surround the channel recess of the respective first or second sheet metal part, avoiding inclusion of the longitudinal axis. This complete circumferential movement can ensure that there is at least no gap in these areas of the bead when the sheet metal parts are stacked.
  • a type of barrier is formed on the laminated core between the layers - which can ensure that even with gap-free laminated cores, these can withstand even higher hydraulic pressures, as is necessary, for example, for internal cooling of a stator and/or rotor laminated core in the high-performance range.
  • Such beads can also be advantageously created on the laminated core using known methods, such as those known for clinch joining.
  • each layer of the laminated core has a first sheet metal part.
  • a sealing compound advantageously based on resin, can be provided on the abutting surfaces between the second sheet metal parts arranged next to one another, which can, for example, further increase the pressure resistance.
  • the laminated core according to the invention is therefore not only robust and can be used even at high hydraulic pressures, but can also be produced cost-effectively and reproducibly.
  • the risk of disruption of the edge of the cooling channel due to the sheet metal forming of the bead can be kept low if a bead base of the bead runs at a distance, in particular radial, from the channel recess of at least the sheet metal thickness of the first or second sheet metal part.
  • the distance, in particular radial corresponds to at least 5 times a sheet metal thickness of the first or second sheet metal part.
  • the distance, in particular the radial distance corresponds to a maximum of 20 times the sheet thickness of the first or second sheet metal part. It may already be sufficient if the distance, in particular the radial distance, corresponds to a maximum of 12 times the sheet thickness of the first or second sheet metal part. This can result in a distance, in particular the radial distance, in the range of 1 to 20 times a sheet thickness, 1 to 12 times a sheet thickness, 2 to 10 times a sheet thickness, 5 to 20 times a sheet thickness or 5 to 12 times a sheet thickness.
  • Comparable conditions in terms of media tightness around the channel recess can be achieved if the bead base of the bead runs at an essentially constant, particularly radial, distance from the channel recess. This also allows the stability of the cooling channel against leakage to be further improved.
  • the risk that the bead will have a detrimental effect on the contour of the channel recess during manufacture can be reduced if the sheet metal section between the bead and the channel recess runs in the sheet metal plane. If the channel axis of the cooling channel runs parallel to the longitudinal axis of the laminated core, the complexity of manufacturing the interlocking beads can be reduced - which can lead to a more cost-effective laminated core.
  • the above can be further improved if the channel recess is curved and/or if the bead around the channel recess is curved.
  • the bead is designed as a round bead, box bead or trapezoidal bead. This can also ensure a sufficiently high barrier effect against the passage of liquid - even when a comparatively high hydraulic pressure is applied.
  • the beads each have a bead height in the range of greater than or equal to 0.5 times to less than or equal to 2 times, in particular 1 time, the thickness of the sheet metal part.
  • projections designed in this way can be provided on the sheet metal part relatively easily.
  • the sheet metal part can, for example, have a thickness of 0.1 to 1 mm, in particular 0.2 to 0.5 mm.
  • the sheet thickness of the first or second sheet metal part is from 0.1 mm to 0.35 mm, preferably from 0.2 mm to 0.3 mm.
  • the laminated core according to the invention can be particularly suitable for an electrical machine, for example as a stator or as a rotor.
  • the invention also has the object of providing a method with which a laminated core with a cooling channel that is media-tight against leakage can be reproducibly created.
  • the invention solves the problem by the features of claim 13.
  • the conditions for a particularly secure barrier against the passage of liquid between the layers of the sheet metal package can be created.
  • this process step can be easily provided for when bundling sheet metal packages with comparatively simple forming processes that are also known from clinching - which also leads to advantages in handling for the process.
  • the process according to the invention therefore makes it possible to create reproducible sheet metal packages without significant additional effort, which can withstand liquid cooling with comparatively high hydraulic pressures.
  • the sheet metal or sheet metal strip is provided with a full-surface, in particular thermo-curable, hot-melt adhesive lacquer layer, in particular baking varnish, on both flat sides in order to further improve the media tightness of the cooling channel.
  • Fig. 1 is a schematic view of a device for producing sheet metal packages from first or second sheet metal parts
  • Fig. 2 is an enlarged partial view of four layers of the laminated core according to Fig. 1 and Fig. 3 is a partial plan view of the laminated core manufactured according to Fig. 1 with layers of first or second sheet metal parts.
  • a device 1 for carrying out the method according to the invention is shown schematically.
  • This device 1 is used for bundling sheet metal packages 3 from laminated sheet metal parts 2a, 2b.
  • a sheet metal strip 5 namely electrical steel strip (or from an electrical sheet in the case of a sheet)
  • a coil 4 which has a full-surface hot-melt adhesive lacquer layer 8, namely baked varnish, in the B state on one flat side 7 of its two flat sides 6, 7 - only indicated in Fig. 1.
  • a full-surface hot-curing hot-melt adhesive lacquer layer 8, namely baked varnish is applied to both flat sides 6 and 7 - but this has not been shown.
  • the sheet metal strip 5 has a strip thickness of 0.3 mm (millimeters).
  • the hot melt adhesive varnish can have an epoxy resin base.
  • the hot melt adhesive varnish is preferably a bisphenol-based epoxy resin system with a hardener, for example with a dicyandiamide base.
  • the hot melt adhesive varnish mentioned can be a bisphenol-A-epichlorohydrin resin system with dicyanamide as a hardener. This two-stage curing epoxy resin system is in the B state on the sheet or sheet metal strip. This makes the partially cross-linked hot melt adhesive varnish reactive.
  • the hot melt adhesive varnish in the B state reacts further and can thus be converted to the fully cross-linked C state - which is also referred to as baking or final curing.
  • this partially cross-linked hot melt adhesive layer has a thickness of a few micrometers.
  • a number of sheet metal parts 2a, 2b are separated from the adhesive-coated sheet metal strip 5 using a punching tool 11 - in the exemplary embodiment, a subsequent punching tool.
  • a punching tool 11 carries out cutting with several strokes 12.
  • the cutting edges 13a, 13b in the upper tool 11a of the punching tool 11 interact with the respective dies 14a, 14b of the lower tool 11b of the punching tool 11 and thus form two punching stages 15a, 15b in the punching tool 11.
  • a channel recess 16 is introduced into the sheet metal strip 5, namely punched in - which can be seen from the punched-out remaining piece 17 in Fig. 1.
  • the channel recess 16 is provided in the sheet metal strip 5 for each individual sheet metal part 2a, 2b in order to enable a cooling channel 18 through the entire sheet metal package 3.
  • the cutting edge 13b separates the sheet metal part 2a, 2b from the sheet metal strip 5 - this is done with the help of the punching stage 15b, which punches the sheet metal parts 2a, 2b free, pushes them into a stacking device 19 by the pressure of the upper tool 11a and stacks them there.
  • the stacking device 19 has a guide in the lower tool 11b.
  • a counterholder 10, partially shown in Fig. 1, is also provided in the guide.
  • the stacking device 19 is actively heated in order to thermally activate the baked enamel layer of the sheet metal parts 2a, 2b and to produce an adhesive bond, i.e. a material bond, between the sheet metal parts 2a, 2b.
  • the hot melt adhesive 8 is baked and converted into the C state, which laminates the sheet metal parts 2a, 2b into a sheet metal package 3.
  • the sheet metal parts 2a, 2b are thus bonded together over their entire surface.
  • the adjacent sheet metal parts 2a, 2b are thus held together by a full-surface, material-locking connection provided between them.
  • the cooling channel 18 is arranged eccentrically to a longitudinal axis L of the laminated core 3 running through the center of the laminated core 3, and thus does not run centrically through the laminated core 3.
  • the longitudinal axis L is the Central longitudinal axis of the laminated core 3, i.e. a longitudinal axis L running through the middle of the laminated core 2. In the exemplary embodiment, this longitudinal axis L is also an axis of symmetry of the laminated core.
  • a holder 20 in the laminated core 3 runs centrally through the laminated core, since the laminated core 3 is used as a rotor for an electrical machine 100 and the holder 20 serves for a rotor shaft. However, it is also conceivable that the laminated core 3 is used as a stator and the holder 20 is intended to accommodate a rotor (not shown).
  • the cooling channel 18 is improved in its media-tightness. This is done by introducing beads 9 into the sheet metal strip 5 by sheet metal forming. These beads 9 are produced by hollow stamping at the forming stage 21 with a punch 22a and a die 22b. Each sheet metal part 2 of a sheet metal package 3 thus has a projection and a recess 9a, 9b due to the bead.
  • the individual sheet metal parts 2a, 2b are then stacked to form a sheet metal package 3 with several layers 3a, 3b, 3c, 3d in such a way that several layers 3a, 3b, 3c, 3d of the sheet metal package 3 interlock via the beads 9 - as can be seen specifically in Fig. 2 for the first sheet metal parts 2a.
  • a bead 9 with a projection 9a on a sheet metal part 2a engages in a complementary recess 9b of a bead 9 on an adjacent sheet metal part 2a.
  • These beads 9 are also specially designed - namely, these beads 9 completely surround the channel recess 16 of the respective first or second sheet metal part 2a, 2b, avoiding inclusion of the longitudinal axis L - as can be seen in Fig. 3.
  • the longitudinal axis L running through the center M of the sheet metal package 3 therefore does not pass through the area spanned by this circumference.
  • the laminated core 3 can therefore be stably exposed to liquid cooling - for example with water - and comparatively high hydraulic pressures. This makes it suitable the laminated core 3 particularly as a stator or rotor, especially when small size and high electrical power are required from an electrical machine, such as an electric motor and/or generator.
  • the circulation also takes place at a sufficient radial distance A between a bead base 9c of the bead 9 and the channel recess 18, as can be seen in Fig. 3.
  • the radial distance A here is 2 mm (millimeters) with a sheet thickness d of 0.3 mm.
  • This radial distance A is therefore always greater than 5 times the sheet thickness d, but not more than 12 times or 20 times this sheet thickness d - which reliably prevents leakage at the cooling channel 18.
  • the radial distance A is 0.3 mm, i.e. a sheet thickness d, which has not been shown.
  • the bead base 9c of the bead 9 runs at a substantially constant radial distance A from the channel recess 16.
  • the bead 9 and channel recess 16 run elliptically curved and concentrically as shown.
  • Other courses, such as circular courses, are conceivable.
  • a varying distance is also conceivable, which has not been shown in more detail.
  • the radial distance A is to be considered in the sense of a minimum distance A between the edge of the channel recess 16 and the bead base 9c of the bead 9.
  • the minimum distance A thus avoids disruption of the edge of the cooling channel 16 due to previous processing steps.
  • a sheet metal section 24 also runs between the bead 9 and the channel recess 16 in the sheet metal plane E, as shown in Fig. 2, in order to avoid any impairment of the dimensional accuracy of the cooling channel 18 during sheet metal forming.
  • a first sheet metal part 2a is provided in a layer 3a, 3b, 3c, 3d.
  • a Second sheet metal parts 2b arranged next to one another in layers 3a, 3b, 3c, 3d, namely two second sheet metal parts 2b, are to be provided.
  • the second sheet metal parts 2b abut one another at the abutting surface 23 shown in dashed lines in the layer 3b shown in Fig. 3.
  • a resin-based sealing compound (not shown) can be provided between the second sheet metal parts 2b at the abutting surface 23.
  • the beads 9 are formed by a round bead.
  • a round bead can be characterized (in comparison with a box bead, trapezoidal bead, etc.) for a more uniform pressure application of the adhesive between the sheet metal parts 2a, 2b when stacking.
  • the bead height h is essentially equal to the thickness d of the sheet metal part 2.
  • a sheet metal part 2a, 2b engages at most with an adjoining sheet metal part 2a, 2b - which not only simplifies the sheet metal package 3, but also facilitates the process of packaging.
  • Fig. 3 is also schematically defined as part of an electrical machine 100 in which a cooling liquid 25 flows through the cooling channel 18 to cool the laminated core 3.
  • the laminated core 3 according to the invention withstands liquid cooling even with high hydraulic pressure and thus allows high power densities in this electrical machine 100 with small dimensions.
  • the sheet metal section 24 of the first or second sheet metal part 2a, 2b, which determines the constant section A, runs flat.
  • the channel axis K of the cooling channel 18 runs parallel to the longitudinal axis L of the laminated core 3.
  • the channel recess 16 runs circularly and/or the bead 9 circular.
  • the bead 9 is arranged coaxially to the channel recess 16.
  • any course is conceivable, which has not been shown.

Landscapes

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets (3) und dieses Blechpaket (3) mit zumindest einem Kühlkanal (18), der durch die Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) des Blechpakets (3) verläuft, gezeigt. Um am Blechpaket (3) einen gegenüber Leckage mediendichten Kühlkanal (18) zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass an mindestens zwei Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils das erste oder zweite Blechteil (2a, 2b) zumindest eine Sicke (9) aufweisen, anhand welcher Sicken (9) die mindestens zwei Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) ineinandergreifen, und dass diese Sicken (9) die Kanalaussparung (16) des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils (2a, 2b) jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse (L) umlaufen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets und dieses Blechpaket
Technisches Gebiet
Die Erfindung handelt von einem Blechpaket, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit mehreren übereinander angeordneten Lagen, wobei die Lagen jeweils ein einzelnes erstes Blechteil oder mehrere nebeneinander angeordnete zweite Blechteile aufweisen, mit einer zwischen den Lagen vorgesehenen, insbesondere thermogehärteten, Schmelzklebelackschicht, beispielsweise Backlack, die die ersten oder zweiten Blechteile stoffschlüssig und vollflächig miteinander verbindet, und mit zumindest einem Kühlkanal, der durch die Lagen des Blechpakets verläuft, wofür die betreffenden ersten oder zweiten Blechteilen zumindest eine Kanalaussparung aufweisen, wobei der Kühlkanal exzentrisch zu einer durch die Mitte des Blechpakets verlaufenden Längsachse des Blechpakets angeordnet ist.
Stand der Technik
Eine reduzierte Baugröße samt erhöhter Leistungsdichte bei laminierten Blechpaketen bedarf einer Kühlung mit Kühlflüssigkeit, beispielsweise auch mithilfe von Kühlkanälen durch das Blechpaket - was eine Spaltfreiheit zwischen den Lagen mit je ein einzelnes erstes Blechteil oder mehrere nebeneinander angeordneten zweiten Blechteilen fordert. Hierfür ist es beispielsweise bekannt, gestapelte Blechteile mit einer Schmelzklebelackschicht zwischen den Lagen miteinander zu verkleben. Dennoch können aufgrund von Parameterschwankungen im Paketierverfahren zur Herstellung des Blechpakets unerwünschte Beeinträchtigungen der Eigenschaften an der Schmelzklebelackschicht oder durch andere negative Einflussfaktoren, eine Spaltbildung zwischen den Lagen nicht sicher ausgeschlossen werden - insbesondere nicht, wenn ein hoher Flüssigkeitsdruck am Blechpaket anliegt. Derartige Blechpakete sind daher im Hochleistungsbereich mit intensiver Kühlungsanforderung oftmals nicht verwendbar.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Blechpaket der eingangs geschilderten Art derart konstruktiv zu verändern, dass dieses standfest einer Flüssigkeitskühlung selbst mit hohem hydraulischen Druck unterworfen werden kann und damit universal einsetzbar ist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 .
Die Standfestigkeit des Blechpakets gegenüber einem Flüssigkeitsdurchtritt zwischen den Lagen kann verbessert werden, wenn an mindestens zwei Lagen jeweils das erste oder zweite Blechteil zumindest eine Sicke aufweisen, anhand welcher Sicken die mindestens zwei Lagen ineinandergreifen. Zudem um laufen diese Sicken die Kanalaussparung des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse. Durch dieses vollständige Um laufen kann nämlich beim Stapeln der Blechteile dafür gesorgt werden, dass sich in diesen Bereichen der Sicke zumindest Spaltfreiheit ergibt. Zudem bildet sich dadurch am Blechpaket eine Art Barriere zwischen den Lagen aus - was auch bei spaltfreien Blechpaketen dafür sorgen kann, dass diese noch höheren hydraulischen Drücken standgehalten können, wie dies beispielsweise bei einer Innenkühlung eines Stator- und/oder Rotorblechpakets im Hochleistungsbereich erforderlich ist. Auch können derartige Sicken vorteilhaft mit bekannten Verfahren, wie diese beim Durchsetzfügen bekannt sind, am Blechpaket erzeugt werden.
Vorzugsweise weist je eine Lage des Blechpakets je ein erstes Blechteil auf. Bei der Verwendung von segmentierten Lagen, also Lagen aus mehreren nebeneinander angeordnete zweite Blechteilen, kann eine Dichtmasse, vorteilhaft auf Harzbasis, an den Stoßflächen zwischen den nebeneinander angeordneten zweiten Blechteilen vorgesehen sein, was beispielsweise die Druckbeständigkeit weiter erhöhen kann. Das erfindungsgemäße Blechpaket ist daher nicht nur robust auch bei hohen Hydraulikdrücken verwendbar, sondern auch kostengünstig und reproduzierbar herstellbar.
Vorzugsweise kann die Gefahr einer Störung des Rands des Kühlkanals durch das Blechumformen der Sicke gering bleiben, wenn ein Sickenboden der Sicke mit einem, insbesondere radialen, Abstand zur Kanalaussparung von zumindest der Blechdicke des ersten oder zweiten Blechteils verläuft. Vorzugsweise entspricht der, insbesondere radiale, Abstand zumindest 5-mal einer Blechdicke des ersten oder zweiten Blechteils.
Um die Mediendichtheit im Nahbereich der Kanalaussparung sicherstellen zu können, entspricht beispielsweise der, insbesondere radiale, Abstand höchstens 20-mal der Blechdicke des ersten oder zweiten Blechteils. Hierbei kann bereits ausreichend sein, wenn der, insbesondere radiale, Abstand höchstens 12-mal der Blechdicke des ersten oder zweiten Blechteils entspricht. Damit kann sich beispielsweise ein, insbesondere radialer, Abstand im Bereich von 1 -mal bis 20-mal einer Blechdicke, 1 -mal bis 12-mal einer Blechdicke, 2-mal bis 10-mal einer Blechdicke, 5-mal bis 20-mal einer Blechdicke oder 5-mal bis 12-mal einer Blechdicke ergeben.
Vergleichbare Verhältnisse in der Mediendichtheit um die Kanalaussparung herum können erreicht werden, wenn der Sickenboden der Sicke mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden, insbesondere radialen, Abstand zur Kanalaussparung verläuft. Auch ist dadurch die Standfestigkeit des Kühlkanals gegenüber Leckage weiter verbesserbar.
Die Gefahr, dass die Sicke bei Herstellung nachteilig auf eine Kontur der Kanalaussparung Einfluss nimmt, kann vermindert werden, wenn der Blechabschnitt zwischen Sicke und Kanalaussparung in der Blechebene verläuft. Verläuft die Kanalachse des Kühlkanals parallel zur Längsachse des Blechpakets, kann sich die Komplexität bei der Herstellung der ineinandergreifenden Sicken verringern - was zu einem kostengünstigeren Blechpaket führen kann.
Vorstehendes ist weiter verbesserbar, wenn die Kanalaussparung gekrümmt verläuft und/oder wenn die Sicke um die Kanalaussparung gekrümmt verlauft.
Dies insbesondere beispielsweise dann, wenn die Sicke und die Kanalaussparung konzentrisch verlaufen.
Alternativ ist vorstellbar, dass die Sicke als Rundsicke, Kastensicke oder Trapezsicke ausgebildet ist. Dies kann auch für eine ausreichend hohe Barrierewirkung gegen den Durchtritt an Flüssigkeit sogen - und zwar selbst bei einem vergleichsweise hohen angelegten hydraulischen Druck.
Vorstellbar ist weiter, dass die Sicken jeweils eine Sickenhöhe im Bereich von größer gleich 0,5-mal bis kleiner gleich 2-mal, insbesondere 1 -mal, der Dicke des Blechteils aufweisen. Zudem sind derart ausgebildete Vorsprünge vergleichsweise einfach am Blechteil vorsehbar. Das Blechteil kann beispielsweise eine Dicke von 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,2 bis 0,5 mm aufweisen.
Vorzugsweise beträgt die Blechdicke des ersten oder zweiten Blechteils von 0,1 mm bis 0,35 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 0,3 mm.
Das erfindungsgemäße Blechpaket kann sich insbesondere für eine elektrische Maschine, beispielsweise als Stator oder als Rotor eignen.
Die Erfindung hat sich außerdem die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem reproduzierbar ein Blechpaket mit einem gegenüber Leckage mediendichten Kühlkanal geschaffen werden kann. Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 13.
Indem in das Blech oder Blechband mehrmals durch eine Blechumformung zumindest eine Sicke eingebracht wird, wobei diese Sicken die Kanalaussparung des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse umlaufen, können die Voraussetzungen für eine besonders sichere Barriere gegenüber einem Flüssigkeitsdurchtritt zwischen den Lagen des Blechpakets geschaffen werden. Zudem ist dieser Verfahrensschritt mit vergleichsweise einfachen und auch beim Durchsetzfügen bekannten Umformen auf einfache Weise beim Paketieren von Blechpaketen vorsehbar - was für das Verfahren auch zu Vorteilen in der Handhabung führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind daher ohne erheblichen Mehraufwand reproduzierbar Blechpakete zu schaffen, welche standfest einer Flüssigkeitskühlung mit vergleichsweise hohen hydraulischen Drücken standhalten können.
Vorzugsweise wird das Blech oder Blechband mit einer auf beiden Flachseiten vollflächigen, insbesondere thermohärtbaren, Schmelzklebelackschicht, insbesondere Backlack, bereitgestellt, um die Mediendichtheit des Kühlkanals weiter zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren ist beispielsweise der Erfindungsgegenstand anhand mehrerer Ausführungsvarianten näher dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Blechpaketen aus ersten oder zweiten Blechteilen,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht auf vier Lagen des Blechpakets nach Fig. 1 und Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf das nach Fig. 1 hergestellte Blechpaket mit Lagen aus ersten oder zweiten Blechteilen.
Weg zur Ausführung der Erfindung Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung 1 dient dem Paketieren von Blechpaketen 3 aus laminierten Blechteilen 2a, 2b. Hierzu wird von einem Coil 4 ein Blechband 5, nämlich Elektroband (oder von einem Elektroblech im Falle eines Blechs), abgehaspelt, welches auf einer Flachseite 7 dessen beiden Flachseiten 6, 7 eine vollflächige - in Fig. 1 nur angedeutet dargestellte - Schmelzklebelackschicht 8, nämlich Backlack, im B-Zustand aufweist. Vorstellbar ist, dass auf beiden Flachseiten 6 und 7 eine vollflächige heißhärtende Schmelzklebelackschicht 8, nämlich Backlack, aufgebracht ist - was jedoch nicht dargestellt wurde. Das Blechband 5 weist eine Banddicke von 0,3 mm (Millimeter) auf.
Beispielsweise wird erwähnt, dass solch eine thermisch aktivierbare und damit heißhärtende Schmelzklebelackschicht bzw. (oftmals auch als Schmelzklebstoffschicht genannt) unter der Bezeichnung „Backlack“ bekannt ist. Beispielsweise kann der Schmelzklebelack eine Epoxidharzbasis aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich beim Schmelzklebelack um ein Bisphenol-basiertes Epoxidharz-System mit einem Härter, beispielsweise mit einer Dicyandiamidbasis. Insbesondere kann es sich beim erwähnten Schmelzklebelack um ein Bisphenol-A-Epichlorhydrinharz-System mit Dicyanamid als Härter handeln. Dieses zweistufig aushärtende Epoxidharz-System befindet sich auf dem Blech oder Blechband im B-Zustand. Damit ist der teilvernetzte Schmelzklebelack reaktionsfähig. Durch Wärmezufuhr reagiert der sich im B-Zustand befindende Schmelzklebelack weiter und kann damit in den vollvernetzten C-Zustand übergeführt werden - was auch als Verbacken oder Endaushärten bezeichnet wird. Typischerweise hat diese teilvernetzte Schmelzklebelackschicht eine Dicke von einigen Mikrometern.
Vom klebstoffbeschichteten Blechband 5 werden mithilfe eines Stanzwerkzeugs 11 - im Ausführungsbeispiel Folgestanzwerkzeugs - mehrere Blechteile 2a, 2b vereinzelt, und zwar freigestanzt. Solch ein Freistanzen kann - im Allgemeinen erwähnt - ein Ausschneiden, Abschneiden, Ausklinken, Beschneiden, Zerteilen durch Ausdrücken etc. sein. Auch ist ein Lasertrennen vorstellbar, was nicht dargestellt ist. Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen, führt das Stanzwerkzeug 11 ein Schneiden mit mehreren Hüben 12 durch. Hierzu wirken die Schneiden 13a, 13b im Oberwerkzeug 11 a des Stanzwerkzeugs 11 mit den jeweiligen Matrizen 14a, 14b des Unterwerkzeugs 11 b des Stanzwerkzeugs 11 zusammen und bilden damit im Stanzwerkzeug 11 zwei Stanzstufen 15a, 15b aus.
Mit der ersten Schneide 13a des Oberwerkzeugs 11 a wird eine Kanalaussparung 16 in das Blechband 5 eingebracht, nämlich eingestanzt - was an dem ausgestanzten Reststück 17 in Fig. 1 zu erkennen ist. Die Kanalaussparung 16 wird im Blechband 5 für jedes vereinzelte Blechteil 2a, 2b vorgesehen, um damit einen Kühlkanal 18 durch das gesamte Blechpaket 3 zu ermöglichen.
Mit der Schneide 13b wird das Blechteil 2a, 2b vom Blechband 5 vereinzelt - dies mithilfe der Stanzstufe 15b, welche die Blechteile 2a, 2b freistanzt, durch Druck des Oberwerkzeugs 11a in eine Stapeleinrichtung 19 drängt und dort stapelt. Hierzu weist die Stapeleinrichtung 19 eine Führung im Unterwerkzeug 11 b auf. Auch ist ein teilweise in Fig. 1 dargestellter Gegenhalter 10 in der Führung vorgesehen.
Die Stapeleinrichtung 19 wird aktiv beheizt, um die Backlackschicht der Blechteile 2a, 2b thermisch zu aktivieren und zwischen den Blechteilen 2a, 2b eine Klebstoffverbindung, also eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Auf diese Weise wird der Schmelzkleblack 8 verbacken und in den C-Zustand übergeführt, was die Blechteile 2a, 2b zu einem Blechpaket 3 laminiert.
Die Blechteile 2a, 2b sind damit vollflächig miteinander verklebt. Die aneinander angrenzenden Blechteile 2a, 2b werden damit über eine zwischen diesen jeweils vorgesehene vollflächige stoffschlüssige Verbindung zusammengehalten.
Der Kühlkanal 18 ist exzentrisch zu einer durch die Mitte des Blechpakets 3 verlaufenden Längsachse L des Blechpakets 3 angeordnet, und verläuft damit nicht zentrisch durch das Blechpaket 3. Die Längsachse L ist in den Ausführungsbeispielen die Mittellängsachse des Blechpakets 3, also eine durch die Mitte des Blechpakets 2 verlaufende Längsachse L. Im Ausführungsbeispiel ist diese Längsachse L beispielsweise auch eine Symmetrieachse des Blechpakets. Zentrisch durch das Blechpaket verläuft eine Aufnahme 20 im Blechpaket 3, da das Blechpaket 3 als Rotor für eine elektrische Maschine 100 verwendet wird und die Aufnahme 20 für eine Rotorwelle dient. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Blechpaket 3 als Stator verwendet wird, und die Aufnahme 20 dazu vorgesehen ist, einen nicht dargestellten Rotor aufzunehmen.
Erfindungsgemäß ist der Kühlkanal 18 in seiner Mediendichtheit verbessert. Dies, indem in das Blechband 5 Sicken 9 durch Blechumformung eingebracht werden. Diese Sicken 9 werden durch Hohlprägen an der Umformstufe 21 mit einem Stempel 22a und einer Matrize 22b erzeugt. Jedes Blechteil 2 eines Blechpakets 3 weist somit aufgrund der Sicke einen Vorsprung und eine Vertiefung 9a, 9b auf. Die vereinzelten Blechteile 2a, 2b werden danach zu einem Blechpaket 3 mit mehreren Lagen 3a, 3b, 3c, 3d derart gestapelt, dass mehrere Lagen 3a, 3b, 3c, 3d des Blechpakets 3 über die Sicken 9 ineinandergreifen - wie speziell in Fig. 2 für erste Blechteile 2a zu erkennen. Hier ist zu erkennen, wie je eine Sicke 9 mit einem Vorsprung 9a an einem Blechteil 2a in eine dazu komplementäre Vertiefung 9b eine Sicke 9 an einem anschließenden Blechteil 2a eingreift.
Diese Sicken 9 sind zudem besonders ausgestaltet - und zwar umlaufen diese Sicken 9 die Kanalaussparung 16 des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils 2a, 2b jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse L - wie in Fig. 3 zu erkennen. Die durch die Mitte M des Blechpakets 3 verlaufende Längsachse L geht daher nicht durch die von diesem Umlauf aufgespannte Fläche.
Durch den vollständigen und -wie dargestellt stetigen um den Kanalachse K orientiert verlaufenden - Umlauf sowie durch das Ineinandergreifen der Lagen 3a, 3b, 3c, 3d wird eine Barriere gegenüber einem Flüssigkeitsdurchtritt geschaffen. Das Blechpaket 3 kann daher standfest einer Flüssigkeitskühlung - beispielsweise mit Wasser - und vergleichsweise hohen hydraulischen Drücken ausgesetzt werden. Somit eignet das Blechpaket 3 besonders als Stator oder Rotor, insbesondere wenn kleine Baugröße und hohe elektrische Leistung von einer elektrischen Maschine, wie beispielsweise Elektromotor und/oder -generator, gefordert sind.
Der Umlauf erfolgt auch in ausreichendem radialem Abstand A eines Sickenbodens 9c der Sicke 9 zur Kanalaussparung 18, wie dies in Fig. 3 zu erkennen ist. Der radiale Abstand A beträgt hier 2 mm (Millimeter) bei einer Blechdicke d von 0,3 mm. Damit ist dieser radiale Abstand A stets größer als 5-mal der Blechdicke d, aber keiner als 12-mal oder 20-mal dieser Blechdicke d - was standfest eine Leckage am Kühlkanals 18 vermeidet. Es ist aber auch vorstellbar, dass radialen Abstand A 0,3 mm, also eine Blechdicke d, beträgt, was nicht dargestellt worden ist.
Auch ist in Fig. 3 zu entnehmen, dass der Sickenboden 9c der Sicke 9 mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden radialen Abstand A zur Kanalaussparung 16 verläuft. Sicke 9 und Kanalaussparung 16 verlaufen nämlich elliptisch gekrümmt und konzentrisch wie dargestellt. Andere Verläufe, wie beispielsweise kreisrunde Verläufe, sind vorstellbar. Außerdem ist auch ein variierender Abstand vorstellbar, was nicht näher dargestellt worden ist.
Entsprechend dem Verlauf der Kanalaussparung 16 ist der radiale Abstand A im Sinne eines minimalen Abstands A zwischen Rand der Kanalaussparung 16 und Sickenboden 9c der Sicke 9 zu betrachten. Der minimale Abstand A vermeidet damit Störung des Rands des Kühlkanals 16 aufgrund vorhergehende Bearbeitungsschritte.
Auch verläuft ein Blechabschnitt 24 zwischen Sicke 9 und Kanalaussparung 16 in der Blechebene E, wie in Fig. 2 dargestellt, um beim Blechumformen eine Beeinträchtigung der Formgenauigkeit des Kühlkanals 18 zu vermeiden.
Nach Fig. 2 und 3 ist jeweils ein erstes Blechteil 2a in einer Lage 3a, 3b, 3c, 3d vorgesehen. Es ist aber auch vorstellbar - wie in Fig. 3 strichliert dargestellt - in einer Lage 3a, 3b, 3c, 3d nebeneinander angeordnete zweite Blechteile 2b, nämlich zwei zweite Blechteile 2b, vorzusehen. An deren strichliert dargestellten Stoßfläche 23 stoßen die zweiten Blechteile 2b in der nach Fig. 3 dargestellten Lage 3b aneinander. An der Stoßfläche 23 kann zwischen den zweiten Blechteilen 2b eine nicht dargestellte Dichtmasse auf Harzbasis vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß sind unterschiedliche Ausbildungen der Sicken 9 bzw. deren Vorsprünge und Vertiefungen 9a, 9b möglich. Nach Fig. 2a werden die Sicken 9 von einer Rundsicke ausgebildet. Solch eine Rundsicke kann sich (im Vergleich mit einer Kastensicke, Trapezsicke etc.) für eine gleichmäßigere Druckbeaufschlagung des Klebstoffs zwischen den Blechteilen 2a, 2b beim Stapeln auszeichnen.
Als ausreichend in der konstruktiven Ausgestaltung der Sicken 9 hat sich herausgestellt, wenn eine Sickenhöhe h im Wesentlichen gleich der Dicke d des Blechteils 2 aufweisen. In diesem Fall greift ein Blechteil 2a, 2b höchstens in ein daran anschließendes Blechteil 2a, 2b ein - was nicht nur das Blechpaket 3 vereinfacht, sondern auch das Verfahren zum Paketieren erleichtert.
Fig. 3 ist zudem schematisch als Teil einer elektrischen Maschine 100 definiert, bei der eine Kühlflüssigkeit 25 durch den Kühlkanal 18 zur Kühlung des Blechpakets 3 strömt. Das erfindungsgemäße Blechpaket 3 hält einer Flüssigkeitskühlung selbst mit hohem hydraulischem Druck stand und erlaubt damit bei kleinen Abmessungen hohe Leistungsdichten an dieser elektrischen Maschine 100.
Wie zudem den Figuren 2 und 3 zu entnehmen, verläuft der, den gleichbleibenden Abschnitt A bestimmende Blechabschnitt 24 des ersten oder zweiten Blechteils 2a, 2b plan.
Zudem kann in Fig. 2 erkannt werden, dass die Kanalachse K des Kühlkanals 18 parallel zur Längsachse L des Blechpakets 3 verläuft. Nicht dargestellt ist die Ausführungsform, dass die Kanalaussparung 16 kreisrund verläuft und/oder die Sicke 9 kreisringförmig verlaufen. Hierbei ist die Sicke 9 zur Kanalaussparung 16 koaxial angeordnet. Es sind jedoch jegliche Verläufe denkbar, was nicht dargestellt wurde.
Im Allgemeinen wird festgehalten, dass „insbesondere“ als „more particularly" ins Englische übersetzt werden kann. Ein Merkmal, dem „insbesondere" vorangestellt ist, ist als fakultatives Merkmal zu betrachten, das weggelassen werden kann, und stellt damit keine Einschränkung, beispielsweise der Ansprüche, dar. Das Gleiche gilt für „vorzugsweise“, ins Englische übersetzt als „preferably“.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e:
1 . Blechpaket, insbesondere für eine elektrische Maschine, mit mehreren übereinander angeordneten Lagen (3a, 3b, 3c, 3d), wobei die Lagen jeweils ein einzelnes erstes Blechteil (2a) oder mehrere nebeneinander angeordnete zweite Blechteile (2b) aufweisen, mit einer zwischen den Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) vorgesehenen, insbesondere thermogehärteten, Schmelzklebelackschicht (8), beispielsweise Backlack, die die ersten oder zweiten Blechteile (2a, 2b) stoffschlüssig und vollflächig miteinander verbindet, und mit zumindest einem Kühlkanal (18), der durch die Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) des Blechpakets (3) verläuft, wofür die betreffenden ersten oder zweiten Blechteilen (2a, 2b) zumindest eine Kanalaussparung (16) aufweisen, wobei der Kühlkanal (18) exzentrisch zu einer durch die Mitte des Blechpakets (3) verlaufenden Längsachse (L) des Blechpakets (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils das erste oder zweite Blechteil (2a, 2b) zumindest eine Sicke (9) aufweisen, anhand welcher Sicken (9) die mindestens zwei Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) ineinandergreifen, und dass diese Sicken (9) die Kanalaussparung (16) des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils (2a, 2b) jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse (L) um laufen.
2. Blechpaket nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sickenboden (9c) der Sicke (9) mit einem, insbesondere radialen, Abstand (A) von der Kanalaussparung (16) von zumindest einer, insbesondere zumindest 5-mal einer, Blechdicke (d) des ersten oder zweiten Blechteils (2a, 2b) verläuft.
3. Blechpaket nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der, insbesondere radiale, Abstand (A) höchstens 20-mal, insbesondere 12-mal, der Blechdicke (d) des ersten oder zweiten Blechteils (2a, 2b) entspricht.
4. Blechpaket nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sickenboden (9c) der Sicke (9) mit einem im Wesentlichen gleichbleibenden, insbesondere radialen, Abstand (A) zur Kanalaussparung (16) verläuft.
5. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechabschnitt (24) zwischen Sicke (9) und Kanalaussparung (16) in der Blechebene (E) verläuft.
6. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalachse (K) des Kühlkanals (18) parallel zur Längsachse (L) des Blechpakets (3) verläuft.
7. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalaussparung (16) und/oder die Sicke (9) um die Kanalaussparung (16) gekrümmt verläuft oder verlaufen.
8. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (9) und die Kanalaussparung (16) konzentrisch verlaufen.
9. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (9) als Rundsicke, Kastensicke oder Trapezsicke ausgebildet ist.
10. Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (9) jeweils eine Sickenhöhe (h) im Bereich von größer gleich 0,5-mal bis kleiner gleich 2-mal, insbesondere 1 -mal, der Dicke (d) des Blechteils (2a, 2b) aufweisen.
11 . Blechpaket nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicke (d) des ersten und/oder der zweiten Blechteile (2a, 2b) von 0,1 mm bis 0,35 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 0,3 mm, beträgt oder betragen.
12. Elektrische Maschine mit einem Blechpaket (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit einer Kühlflüssigkeit (25) im Kühlkanal (18) des Blechpakets (3).
13. Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets (3), das einen in der Mediendichtheit verbesserten Kühlkanal (18) aufweist, nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei ein Blech oder Blechband (5), insbesondere Elektroblech oder Elektroblechband, mit einer auf zumindest einer Flachseite (6, 7) dessen Flachseiten (6, 7) vollflächigen und, insbesondere thermohärtbaren, Schmelzklebelackschicht (8), insbesondere Backlack, bereitgestellt wird, in das Blech oder Blechband (5) mehrmals durch ein Trennverfahren eine Kanalaussparung (16) sowie durch eine Blechumformung zumindest eine Sicke (9) eingebracht werden, vom Blech oder Blechband (5) Blechteile (2a, 2b) vereinzelt werden, von denen mehrere erste oder zweite Blechteile (2a, 2b) je mindestens eine Sicke (9) und eine Kanalaussparung (16) aufweisen, die vereinzelten Blechteile (2a, 2b) zu einem Blechpaket (3) mit mehreren übereinander angeordneten Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) derart gestapelt werden, dass mehrere Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) des Blechpakets (3) anhand der Sicken (9) der Blechteile (2a, 2b) ineinandergreifenden, wobei die Lagen (3a, 3b, 3c, 3d) jeweils ein einzelnes erstes Blechteil (2a) oder mehrere nebeneinander angeordnete zweite Blechteile (2b) aufweisen, wobei diese Sicken (9) die Kanalaussparung (16) des betreffenden ersten oder zweiten Blechteils (2a, 2b) jeweils vollständig unter Vermeidung eines Einschlusses der Längsachse (L) umlaufen, und nachfolgend die Schmelzklebelackschicht (8) thermisch aktiviert wird, um die Blechteile (2a, 2b) stoffschlüssig und vollflächig miteinander zum Blechpaket zu verkleben, insbesondere endzuverkleben.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech oder Blechband (5) mit einer auf beiden Flachseiten (6, 7) vollflächigen, insbesondere thermohärtbaren, Schmelzklebelackschicht (8), insbesondere Backlack, bereitgestellt wird.
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