WO2009077224A1 - Anker für eine elektrische maschine, verfahren zur herstellung eines ankers sowie stempel zum verstemmen eines nabenelements an einer welle - Google Patents

Anker für eine elektrische maschine, verfahren zur herstellung eines ankers sowie stempel zum verstemmen eines nabenelements an einer welle Download PDF

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WO2009077224A1
WO2009077224A1 PCT/EP2008/063928 EP2008063928W WO2009077224A1 WO 2009077224 A1 WO2009077224 A1 WO 2009077224A1 EP 2008063928 W EP2008063928 W EP 2008063928W WO 2009077224 A1 WO2009077224 A1 WO 2009077224A1
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caulking
shaft
hub member
hub
armature
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PCT/EP2008/063928
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Inventor
Andreas Huehsam
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Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • H02K15/028Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots for fastening to casing or support, respectively to shaft or hub

Definitions

  • the present invention relates to an armature for an electric machine with a shaft and a hub element and to a method for producing such an armature.
  • Such anchors are used for example in small engines, which are used in the field of automotive technology, for example, as drives for windshield wipers, windows, fans or electric Wegversteller.
  • a hub element a laminated core is usually used, which is fixed on the shaft.
  • For fixing has already been proposed to make the attachment of the hub member on the shaft by means of adhesive, but a dosage and handling of the adhesive is very expensive and expensive.
  • the anchor usually has a very thin shaft in the range between 4 and 8 mm and a wavelength is very large compared to the diameter, results in a low buckling stability of such waves. Therefore, especially joining methods with interference fit are problematic, as this impermissible
  • Concentricity errors can arise. This leads to undesirable rework or a high reject rate. Furthermore, it is often a seizure or jamming during the joining process, especially in a steel-steel pairing.
  • an anchor with a hub member of a laminated core in which a plurality of modules are provided from at least three sheets, wherein the respective outermost sheets are fixed by caulking the entire circumference of the sheet on the shaft. After a module has been fixed on the shaft, the next module is also fixed to the shaft by caulking.
  • this method is very expensive and time consuming.
  • the armature according to the invention for an electric machine with a shaft and a hub element with the features of claim 1 has the advantage that it is very simple and inexpensive to produce, while still a secure fixation of the hub member on the shaft.
  • the shaft can be a smooth surface without grooves o.a. have, so that the shaft can be produced very inexpensively.
  • the at least two Verstemm Kunststoff Schemee are spaced apart in the circumferential direction.
  • at least two arcuate Verstemm Stude between the hub member and the shaft are formed, wherein between the Verstemm Studen exposed areas are provided, where no fixation of the hub member takes place on the shaft.
  • the caulking according to the invention results in a lower deformation of the hub member in the radially outward direction, so that a gap of an electric machine between the hub member and a stator of the electric machine is calculated as obtained. This can be significantly reduced in particular a reject rate.
  • only smaller forming forces are necessary for caulking, so that in particular a tool wear is reduced.
  • lower concentricity errors of the shaft due to the defined fixing regions of the hub element on the shaft can be obtained.
  • the hub member is a laminated core comprising a plurality of individual sheets.
  • the laminated core is both fixed to a first end region and second end region by means of the caulking process according to the invention. The lying between a start and an end plate sheets of the laminated core are not deformed by the caulking, but their position in the laminated core is ensured due to the frictional forces between the top plate and the end plate of the laminated core.
  • the hub member has a circular inner opening and the caulking compound comprises exactly two or exactly three or exactly four or exactly five or exactly six Verstemm Kunststoffe.
  • the hub member has an inner opening with at least two radially inwardly projecting caulking sections, wherein the caulking is performed on these caulking sections, so that the caulking connection in the fixed state of the hub member on the shaft at the inwardly facing Verstemmabêten the hub member is trained.
  • the use of the inwardly directed Verstemmabête has the particular advantage that a caulking can be designed as a continuous Ringverstemmstkov. In this case, no alignment of the caulking to the hub element is necessary.
  • a circumferential length of a gap between two adjacent caulking portions is equal to or larger than a circumferential length of a caulking portion. This ensures that the load on the hub element during caulking does not occur disproportionately at the caulking areas and, in particular, that undesired radially outward deformation of the hub element is avoided.
  • the Verstemm Kunststoffe the hub member are arranged uniformly along the inner circumference. As a result, a symmetrical hub member can be obtained and equal forces are applied to all caulking portions during the course of the operation
  • the present invention relates to a method for producing an armature for an electrical machine, wherein the armature comprises a shaft and a hub member.
  • the method includes the steps of locating the hub member on the shaft, in particular by sliding the hub member onto the shaft, and caulking the hub member on the shaft with at least first and second arcuate caulking portions, wherein the first and second caulking portions are circumferentially spaced from one another are.
  • the caulking is particularly preferably carried out by means of a caulking die which has at least two separately projecting caulking segments.
  • a deformation of the hub member can be carried out on two circumferentially spaced Verstemm Kunststoffen.
  • the hub member has an inner opening with radially inwardly projecting Verstemmabêten and the caulking takes place at these Verstemmabêten.
  • the caulking is particularly preferably by means of an annular caulking, since this stamp is very easy to produce.
  • the caulking takes place simultaneously at a first axial end region and a second axial end region of the hub element.
  • a secure fixation of the hub member to the shaft can be achieved.
  • the hub member is a plurality of laminations comprising laminations, it can be fixed to the shaft by caulking the first and last laminations.
  • the caulking in the inventive method at the first and second Verstemm Scheme is performed simultaneously.
  • a punch for caulking a hub member on a shaft comprising a punch body having a central opening and at least a first and a second projecting Verstemmsegment.
  • the Verstemmsegmente are arranged on a circular arc around the central opening of the punch around.
  • the caulking begins at only two arcuate Verstemm Suiteen on the hub member. Between the two caulking areas are areas that are not reshaped. Thus, the caulking is caulked at least two separate areas with the shaft.
  • the stamp according to the invention is designed such that a caulking segment of the punch comprises an inwardly directed segment surface, an outwardly directed rear surface and a caulking edge.
  • the two inwardly or outwardly directed surfaces converge at the caulking edge and form the caulking edge.
  • the caulking edge is formed arcuate.
  • an angle of 90 ° is formed between the two surfaces in a sectional plane perpendicular to the caulking edge. This gives the two surfaces an inclination of 45 ° with respect to a direction of movement of the punch during the Verstemmvorgangs.
  • the punch has four separate Verstemmsegmente, which are arranged symmetrically at the central opening of the punch.
  • the stamper comprises, as Verstemmsegmente cones, which are arranged along the circumference around the central opening of the punch around on a circular line.
  • the cones are arranged at equal intervals spaced from each other in the circumferential direction.
  • Figure 1 is a schematic side view of an anchor according to a first
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view along the line II-II of FIG. 1,
  • Figure 3 is a schematic sectional view of an armature according to a second
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a punch used for caulking in the armature shown in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a schematic, perspective view of an alternative punch
  • FIG. 6 shows a schematic, partial sectional view of the stamp of FIG. 5 during caulking
  • Figure 7 is a schematic partial view of another punch during the
  • the armature 1 comprises a shaft 2 and a hub element 3.
  • the hub element 3 is a laminated core and comprises a multiplicity of metal sheets, the reference 3a being an initial sheet, the reference 3b an end plate and the reference 3c a plurality of intermediate sheets designated, which are arranged between the starting plate 3a and the end plate 3b.
  • the top plate 3 a and the end plate 3 b are each secured to the shaft 2 by means of a caulking 4.
  • the intermediate plates 3c hold due to axially acting frictional forces due to the caulking of the top plate 3a and the end plate 3b.
  • FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1. As can be seen from FIG.
  • a caulking connection 4 is provided on the hub element 3 educated.
  • the caulking 4 comprises a first Verstemm Colour 5 and a second Verstemm Scheme 6.
  • the two Verstemm Stude 5, 6 are arranged opposite each other by 180 ° and extend arcuately along the circumference of the shaft 2. It is in the circumferential direction between the two Verstemm Schemeen 5, 6 respectively uncaught area 7 is provided.
  • the length of the uncaught areas 7 is the same in the circumferential direction as a length of Verstemm Stude 5 and 6 in the circumferential direction.
  • the length of the caulking 5, 6 in the circumferential direction is sufficient to securely fix the hub member to the shaft 2, without causing overload on the workpiece or on the tool during caulking.
  • the plunger displaces the material of the hub element concentrically inwards, as a result of which the plunger itself experiences a return-directed force from the inside to the outside.
  • Verstemm Siemens higher forces between the shaft and hub member 3 can be transmitted without damage to the armature occurs.
  • a smaller deformation of the hub element 3 results, so that a smaller or no widening of the outside diameter of the hub element also occurs.
  • a smaller air gap between the armature and a stator can be made possible, which increases the efficiency of the electric machine.
  • the shaft without grooves above can be made smooth, so that there are also lower concentricity errors of the shaft, since this undergoes no post-processing for the production of grooves or knurled area.
  • the caulking process is preferably carried out simultaneously by means of two punches from both sides of the laminated core at the first end region at the starting plate 3a and at the second end region at the end plate 3b.
  • Figure 3 shows schematically a sectional view of an armature 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the hub member 3 of the second embodiment is also a laminated core, wherein between the hub member 3 and the shaft 2, three Verstemm Stude 8, 9 and 10 are arranged.
  • the three Verstemm Stude 8, 9, 10 have in the circumferential direction on an equal arc length and are each offset at an angle of 120 ° to each other.
  • the three Verstemm Schemee 8, 9, 10 are formed on the hub member at radially inwardly directed, projecting portions 11, 12, 13. Between the radially inwardly projecting portions 11, 12, 13 are recesses 14, 15, 16 formed on the side member 3.
  • a length of the recesses 14, 15, 16 corresponds in each case to a length of the radially inwardly projecting regions 11, 12, 13 in the circumferential direction.
  • the advantage of the armature of the second embodiment is that for caulking a punch 20 as shown in Figure 4 is used.
  • the punch 20 is an annular punch with a Verstemmring 21 and a fürgangsöffhung 22.
  • the Verstemmring 21 is arranged concentrically to the fürgangsöffhung 22. Since the hub member 3 has the recesses 11, 12, 13, only caulking is performed on the caulking portions 8, 9 and 10 when the punch 20 is fed toward the hub member during the caulking operation. In order to simply push the hub member 3 on the shaft 2 before caulking, a sufficient clearance between the outer diameter of the hub and the inner diameter of the hub member 3 is given. Otherwise, this embodiment corresponds to the previous embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • Figures 5 and 6 show a punch 20 according to another preferred embodiment of the invention.
  • the punch 20 is designed as an annular punch with a passage opening 22.
  • the punch 20 further comprises four axially projecting in the punch 20 segments 23 between the segments 23 each have a recess 24 is formed in the circumferential direction. A transition between one
  • Segment 23 and the recess 24 is formed arcuate.
  • the arcuate transition of the segments 23 in the recess 24 is chosen with a relatively large radius, which leads to significant reductions in the burden of the punch during caulking.
  • FIG. 6 schematically shows the caulking process when the punch 20 is moved in the direction of the arrow A into the hub element 3.
  • each of the segments 23 has a rounded and slightly tapering segment surface 23 a and a substantially linearly formed rear surface 23 b.
  • the segment surface 23 a and the rear surface 23 b form an arcuate at the point where they run into one another
  • FIG. 7 shows a sectional view of a punch 20 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the punch 20 is constructed similar to the punch shown in Figure 5, and also has four segments 23.
  • the inwardly directed segment surfaces 23a and the rear surfaces 23b each form an angle ⁇ of 90 ° between them in a section perpendicular through the caulking edge 25.
  • the anchor according to the invention is used in particular in the field of vehicles, for example as an electric drive for windscreen wipers, electric windows, electric seat adjusters or as a fan drive.
  • the present invention can be applied to high volumes, which has a positive effect on the cost of such an electric machine.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anker für eine elektrische Maschine, umfassend eine Welle (2) und ein Nabenelement (3), wobei zwischen der Welle (2) und dem Nabenelement (3) eine Verstemmverbindung (4) ausgebildet ist, wobei die Verstemmverbindung (4) an wenigstens einem Endbereich des Nabenelements (3) angeordnet ist und die Verstemmverbindung (4) wenigstens einen ersten Verstemmbereich (5) und einen zweiten Verstemmbereich (6) umfasst, welche in Umfangsrichtung der Welle (2) voneinander beabstandet sind, und welche das Nabenelement (3) an der Welle (2) fixieren, wobei die Verstemmungsbereiche (5, 6) bogenförmig am Nabenelement (3) ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers sowie einen Stempel zum Verstemmen.

Description

Beschreibung
Titel
ANKER FUR EINE ELEKTRISCHE MASCHINE, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ANKERS SOWIE STEMPEL ZUM VERSTEMMEN EINES NABENELEMENTS AN EINER WELLE
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anker für eine elektrische Maschine mit einer Welle und einem Nabenelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ankers.
Anker für elektrische Maschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt. Derartige Anker werden beispielsweise in Kleinmotoren verwendet, welche im Bereich der Fahrzeugtechnik beispielsweise als Antriebe für Scheibenwischer, Fensterheber, Lüfter oder elektrische Sitzversteller verwendet werden. Als Nabenelement wird dabei üblicherweise ein Blechpaket verwendet, welches auf der Welle fixiert wird. Zur Fixierung wurde schon vorgeschlagen, die Befestigung des Nabenelements auf der Welle mittels Klebstoff vorzunehmen, wobei jedoch eine Dosierung und Handhabung des Klebstoffs sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Da der Anker üblicherweise eine sehr dünne Welle im Bereich zwischen 4 und 8 mm aufweist und eine Wellenlänge im Vergleich zum Durchmesser sehr groß ist, ergibt sich eine geringe Knickstabilität derartiger Wellen. Von daher sind insbesondere Fügeverfahren mit Presspassung problematisch, da hierdurch unzulässige
Rundlauffehler entstehen können. Dies führt zu unerwünschtem Nacharbeiten bzw. einem hohen Ausschussanteil. Ferner kommt es insbesondere bei einer Stahl- Stahl-Paarung häufig zum Fressen bzw. Verklemmen während des Fügevorgangs.
Weiter ist aus der EP 1 340 306 Bl ein Anker mit einem Nabenbauteil aus einem Blechpaket bekannt, bei dem mehrere Module aus mindestens drei Blechen vorgesehen werden, wobei die jeweils äußersten Bleche durch Verstemmen am gesamten Umfang des Blechs auf der Welle fixiert werden. Nachdem ein Modul auf der Welle fixiert wurde, wird das nächste Modul ebenfalls mittels Verstemmen an der Welle fixiert. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kostenintensiv und zeitaufwendig. Ferner ergibt sich aufgrund des Ringverstemmens eine
Aufweitung des Außendurchmessers des Blechpakets zumindest an den verstemmten Blechen. Hierdurch wird ein Luftspalt der elektrischen Maschine verändert, wodurch sich negative Auswirkungen auf den Wirkungsgrad ergeben.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Anker für eine elektrische Maschine mit einer Welle und einem Nabenelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass er sehr einfach und kostengünstig herstellbar ist, wobei trotzdem eine sichere Fixierung des Nabenelements auf der Welle erfolgt. Die Welle kann dabei eine glatte Mantelfläche ohne Rillen o.a. aufweisen, so dass die Welle sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Nabenelement auf der Welle angeordnet wird und anschließend das Verstemmen des Nabenelements an der Welle erfolgt. Das Verstemmen erfolgt dabei derart, dass zwischen dem Nabenelement und der Welle mindestens ein erster und ein zweiter jeweils bogenförmiger Verstemmbereich am inneren Umfang des Nabenelements erzeugt wird, welche das Nabenelement auf der Welle fixieren. Die wenigstens zwei Verstemmbereiche sind dabei in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Mit anderen Worten sind wenigstens zwei bogenförmige Verstemmbereiche zwischen dem Nabenelement und der Welle gebildet, wobei zwischen den Verstemmbereichen freiliegende Bereiche vorgesehen sind, an denen keine Fixierung des Nabenelements an der Welle erfolgt. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, dass höhere Kräfte zwischen der Welle und dem Nabenelement übertragen werden. Ferner ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verstemmen eine geringere Verformung des Nabenelements in radial nach außen gerichteter Richtung, so dass ein Spalt einer elektrischen Maschine zwischen dem Nabenelement und einem Stator der elektrischen Maschine wie berechnet erhalten wird. Dadurch kann insbesondere ein Ausschussanteil signifikant reduziert werden. Ferner sind zum Verstemmen nur kleinere Umformkräfte notwendig, so dass insbesondere auch ein Werkzeugverschleiß reduziert wird. Ferner können geringere Rundlauffehler der Welle aufgrund der definierten Fixierbereiche des Nabenelements an der Welle erhalten werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist das Nabenelement ein Blechpaket, welches eine Vielzahl von Einzelblechen umfasst. An einer zylindrisch glatten Welle wird das Blechpaket sowohl an einem ersten Endbereich als auch zweiten Endbereich mittels des erfindungsgemäßen Verstemmvorgangs fixiert. Die zwischen einem Anfangs- und einem Endblech liegenden Bleche des Blechpakets werden dabei durch den Verstemmvorgang nicht verformt, jedoch wird ihre Position im Blechpaket aufgrund der Reibkräfte zwischen dem Anfangsblech und dem Endblech des Blechpakets sichergestellt.
Weiter bevorzugt weist das Nabenelement eine kreisförmige Innenöffnung auf und die Verstemmverbindung umfasst genau zwei oder genau drei oder genau vier oder genau fünf oder genau sechs Verstemmbereiche.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Nabenelement eine Innenöffnung mit wenigstens zwei radial nach innen vorstehenden Verstemmabschnitten, wobei das Verstemmen an diesen Verstemmabschnitten ausgeführt wird, so dass die Verstemmverbindung im fixierten Zustand des Nabenelements auf der Welle an den nach innen gerichteten Verstemmabschnitten des Nabenelements ausgebildet ist. Das Verwenden der nach innen gerichteten Verstemmabschnitte hat insbesondere den Vorteil, dass ein Verstemmwerkzeug als durchgehender Ringverstemmstempel ausgebildet sein kann. Dabei ist keine Ausrichtung des Verstemmstempels zum Nabenelement notwendig.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Umfangslänge eines Abstandes zwischen zwei benachbarten Verstemmbereichen gleich oder größer als eine Umfangslänge eines Verstemmbereichs. Dadurch wird sichergestellt, dass die Belastung des Nabenelements während des Verstemmens nicht überproportional an den Verstemmbereichen erfolgt und insbesondere eine unerwünschte radial nach außen auftretende Umformung des Nabenelements vermieden wird.
Besonders bevorzugt sind die Verstemmbereiche am Nabenelement gleichmäßig entlang des Innenumfangs angeordnet. Dadurch kann ein symmetrisches Nabenelement erhalten werden und es werden an allen Verstemmbereichen gleiche Kräfte während des
Verstemmens erreicht.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ankers für eine elektrische Maschine, wobei der Anker eine Welle und ein Nabenelement umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte des Anordnens des Nabenelements auf der Welle, insbesondere durch Aufschieben des Nabenelements auf die Welle, und des Verstemmens des Nabenelements an der Welle mit mindestens einem ersten und einem zweiten bogenförmigen Verstemmbereich, wobei der erste und zweite Verstemmbereich in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
Besonders bevorzugt erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren das Verstemmen mittels eines Verstemmstempels, welcher wenigstens zwei separat vorstehende Verstemmsegmente aufweist. Dadurch kann eine Umformung des Nabenelements an zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Verstemmbereichen ausgeführt werden.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Nabenelement eine Innenöffnung mit radial nach innen vorstehenden Verstemmabschnitten auf und das Verstemmen erfolgt an diesen Verstemmabschnitten.
Zwischen den nach innen vorstehenden Verstemmabschnitten sind materialfreie Bereiche, so dass die Verstemmverbindung ebenfalls in Umfangsrichtung an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Bereichen erfolgt. Das Verstemmen erfolgt besonders bevorzugt mittels eines ringförmigen Verstemmstempels, da dieser Stempel sehr einfach herstellbar ist.
Weiter bevorzugt erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren das Verstemmen gleichzeitig an einem ersten axialen Endbereich und einem zweiten axialen Endbereich des Nabenelements. Dadurch kann eine sichere Fixierung des Nabenelements an der Welle erreicht werden. Ferner kann, wenn das Nabenelement eine Vielzahl von Blechen umfassendes Blechpaket ist, dieses durch Verstemmen des ersten und letzten Bleches an der Welle fixiert werden.
Weiter bevorzugt wird das Verstemmen beim erfindungsgemäßen Verfahren am ersten und zweiten Verstemmbereich gleichzeitig ausgeführt. Dadurch wird insbesondere eine symmetrische Krafteinleitung in das Nabenelement erreicht, was zu einer gleichzeitigen Umformung am Nabenelement führt. Die Erfindung betrifft ferner einen Stempel zum Verstemmen eines Nabenelements an einer Welle, umfassend einen Stempelkörper mit einer mittigen Öffnung sowie mindestens ein erstes und ein zweites vorstehendes Verstemmsegment. Die Verstemmsegmente sind dabei auf einem Kreisbogen um die mittige Öffnung des Stempels herum angeordnet. Wenn somit der erfindungsgemäße Stempel mit dem auf der
Welle zu verstemmenden Nabenelement in Kontakt kommt, kommen zuerst die wenigstens zwei vorstehenden Verstemmsegmente mit dem Nabenelement in Kontakt und der Verstemmvorgang beginnt an lediglich zwei bogenförmigen Verstemmbereichen am Nabenelement. Zwischen den beiden Verstemmbereichen sind Bereiche, welche nicht umgeformt werden. Somit ist das Verstemmelement an wenigstens zwei voneinander separierten Bereichen mit der Welle verstemmt.
Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Stempel derart ausgebildet, dass ein Verstemmsegment des Stempels eine nach innen gerichtete Segmentfläche, eine nach außen gerichtete Rückfläche und eine Verstemmkante umfasst. Die beiden nach innen bzw. nach außen gerichteten Flächen laufen dabei an der Verstemmkante zusammen und bilden die Verstemmkante. Die Verstemmkante ist dabei bogenförmig gebildet. Besonders bevorzugt ist dabei in einer Schnittebene senkrecht zur Verstemmkante ein Winkel von 90° zwischen den beiden Flächen gebildet. Dadurch erhalten die beiden Flächen eine Neigung von jeweils 45° bezüglich einer Bewegungsrichtung des Stempels während des Verstemmvorgangs.
Besonders bevorzugt weist der Stempel vier separate Verstemmsegmente auf, welche symmetrisch an der mittigen Öffnung des Stempels angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Stempel als Verstemmsegmente Kegel, welche entlang des Umfangs um die mittige Öffnung des Stempels herum auf einer Kreislinie angeordnet sind. Die Kegel sind dabei in gleichen Abständen in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Ankers gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Ankers gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Stempels, welcher zum Verstemmen bei dem in Figur 3 gezeigten Anker verwendet wird,
Figur 5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines alternativen Stempels,
Figur 6 eine schematische, geschnittene Teilansicht des Stempels von Figur 5 während des Verstemmens, und
Figur 7 eine schematische Teilansicht eines anderen Stempels während des
Verstemmens.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Anker für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Anker 1 eine Welle 2 und ein Nabenelement 3. Das Nabenelement 3 ist ein Blechpaket und umfasst eine Vielzahl von Blechen, wobei das Bezugszeichen 3a ein Anfangsblech, das Bezugszeichen 3b ein Endblech und das Bezugszeichen 3c mehrere Zwischenbleche bezeichnet, welche zwischen dem Anfangsblech 3a und dem Endblech 3b angeordnet sind. Das Anfangsblech 3 a und das Endblech 3b sind mittels einer Verstemmverbindung 4 jeweils an der Welle 2 befestigt. Die Zwischenbleche 3c halten aufgrund von in Axialrichtung wirkenden Reibkräften aufgrund der Verstemmung des Anfangsblechs 3a und des Endblechs 3b. Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II von Figur 1. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist am Nabenelement 3 eine Verstemmverbindung 4 ausgebildet. Die Verstemmverbindung 4 umfasst einen ersten Verstemmbereich 5 und einen zweiten Verstemmbereich 6. Die beiden Verstemmbereiche 5, 6 sind um 180° einander gegenüberliegend angeordnet und verlaufen bogenförmig entlang des Umfangs der Welle 2. Dabei ist in Umfangsrichtung zwischen den beiden Verstemmbereichen 5, 6 jeweils ein nichtverstemmter Bereich 7 vorgesehen. Die Länge der nichtverstemmten Bereiche 7 ist dabei in Umfangsrichtung gleich wie eine Länge der Verstemmbereiche 5 und 6 in Umfangsrichtung. Die Länge der Verstemmbereiche 5, 6 in Umfangsrichtung ist dabei ausreichend, um das Nabenelement sicher an der Welle 2 zu fixieren, ohne dass es zu Überbelastungen am Werkstück bzw. am Werkzeug während des Verstemmvorgangs kommt. Während des Verstemmens verdrängt der Stempel dabei das Material des Nabenelements konzentrisch nach innen, wodurch der Stempel selbst eine rückgerichtete Kraft von innen nach außen erfährt. An den Verstemmbereichen können höhere Kräfte zwischen Welle und Nabenelement 3 übertragen werden, ohne dass eine Beschädigung des Ankers auftritt. Ferner ergibt sich durch die Segmentierung des Werkzeugs und damit der Segmentierung der Verstemmbereiche eine geringere Verformung des Nabenelements 3, so dass auch eine kleinere bzw. keine Aufweitung des Außendurchmessers des Nabenelements auftritt. Dadurch kann ein kleinerer Luftspalt zwischen dem Anker und einem Stator ermöglicht werden, das den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht. Ferner kann die Welle ohne Rillen o.a. glatt hergestellt werden, so dass sich auch geringere Rundlauffehler der Welle ergeben, da diese keine Nachbearbeitung zur Herstellung von Rillen oder gerändelten Bereich erfährt.
Der Verstemmvorgang wird dabei vorzugsweise gleichzeitig mittels zweier Stempel von beiden Seiten des Blechpakets am ersten Endbereich am Anfangsblech 3a und am zweiten Endbereich am Endblech 3b ausgeführt.
Figur 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Ankers 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Nabenelement 3 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ebenfalls ein Blechpaket, wobei zwischen dem Nabenelement 3 und der Welle 2 drei Verstemmbereiche 8, 9 und 10 angeordnet sind. Die drei Verstemmbereiche 8, 9, 10 weisen in Umfangsrichtung eine gleiche Bogenlänge auf und sind jeweils in einem Winkel von 120° zueinander versetzt angeordnet. Die drei Verstemmbereiche 8, 9, 10 sind dabei am Nabenelement an radial nach innen gerichteten, vorstehenden Abschnitten 11, 12, 13 gebildet. Zwischen den radial nach innen vorstehenden Abschnitten 11, 12, 13 sind Ausnehmungen 14, 15, 16 am Nebenelement 3 gebildet. Eine Länge der Ausnehmungen 14, 15, 16 entspricht dabei jeweils einer Länge der radial nach innen vorstehenden Bereiche 11, 12, 13 in Umfangsrichtung.
Der Vorteil des Ankers des zweiten Ausfuhrungsbeispiels ist dabei, dass zum Verstemmen ein Stempel 20 wie in Figur 4 gezeigt verwendbar ist. Der Stempel 20 ist ein ringförmiger Stempel mit einem Verstemmring 21 und einer Durchgangsöffhung 22. Der Verstemmring 21 ist konzentrisch zur Durchgangsöffhung 22 angeordnet. Da das Nabenelement 3 die Ausnehmungen 11, 12, 13 aufweist, wird beim Zustellen des Stempels 20 in Richtung des Nabenelements während des Verstemmvorgangs nur ein Verstemmen an den Verstemmbereichen 8, 9 und 10 ausgeführt. Um vor dem Verstemmen das Nabenelement 3 einfach auf die Welle 2 aufschieben zu können, ist ein ausreichendes Spiel zwischen dem Außendurchmesser der Nabe und dem Innendurchmesser des Nabenelements 3 gegeben. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Figuren 5 und 6 zeigen einen Stempel 20 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, ist der Stempel 20 als Ringstempel mit einer Durchgangsöffhung 22 ausgebildet. Der Stempel 20 umfasst ferner vier in Axialrichtung des Stempels 20 vorstehende Segmente 23. Zwischen den Segmenten 23 ist jeweils in Umfangsrichtung eine Ausnehmung 24 ausgebildet. Ein Übergang zwischen einem
Segment 23 und der Ausnehmung 24 ist dabei bogenförmig ausgebildet. Der bogenförmige Übergang der Segmente 23 in die Ausnehmung 24 ist dabei mit einem relativ großen Radius gewählt, was zu deutlichen Reduzierungen der Belastungen des Stempels während des Verstemmvorgangs führt.
Figur 6 zeigt schematisch den Verstemmvorgang, wenn der Stempel 20 in Richtung des Pfeils A in das Nabenelement 3 bewegt wird. Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist, weist jedes der Segmente 23 eine abgerundete und leicht sich verjüngende Segmentfläche 23 a und eine im Wesentlichen linear ausgebildete Rückfläche 23b auf. Die Segmentfläche 23 a und die Rückfläche 23b bilden an der Stelle, an der sie ineinanderlaufen, eine bogenförmige
Verstemmkante 25. Durch die Bewegung des Stempels wird Material des Nabenelements 3 in Richtung des Pfeils B radial auf die Welle 2 zu verdrängt, wodurch die Verstemmverbindung zwischen dem Nabenelement 3 und der Welle 2 ausgebildet wird. Figur 7 zeigt eine Schnittansicht eines Stempels 20 gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung. Der Stempel 20 ist ähnlich wie der in Figur 5 gezeigte Stempel aufgebaut, und weist ebenfalls vier Segmente 23 auf. Dabei bilden die nach innen gerichteten Segmentflächen 23a und die Rückflächen 23b bei einem Schnitt senkrecht durch die Verstemmkante 25 jeweils einen Winkel α von 90° zwischen sich. Dadurch wird Material des Nabenelements 3 ebenfalls im Wesentlichen in Richtung des Pfeils B radial zur Welle 2 verformt, wobei jedoch durch die in Absolutwerten gleiche Neigung der Segmentflächen 23a und der Rückflächen 23b in einem Winkel von 45° zur Verstemmrichtung A des Stempels 20 sich die Kräfte am Stempel 20 im Wesentlichen aufheben. Hierdurch wird eine besonders geringe Belastung des Stempels erreicht.
Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass durch die erfindungsgemäße Idee des segmentweisen Verstemmens des Nabenelements 3 an der Welle 2 eine sichere Verbindung zwischen Welle und Nabenelement mittels Verstemmen erreicht wird, ohne dass sich insbesondere die radialen Abmessungen des Nabenelements aufgrund des
Verstemmvorgangs ändern. Dadurch kann insbesondere ein genaues Spaltmaß zwischen dem Anker und einem Stator der elektrischen Maschine eingehalten werden. Ferner kann die Welle 2 einfach und kostengünstig als glatte Welle hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Anker wird insbesondere im Bereich von Fahrzeugen, beispielsweise als elektrischer Antrieb für Scheibenwischer, elektrische Fensterheber, elektrische Sitzversteller oder als Lüfterantrieb verwendet. Dadurch kann die vorliegende Erfindung bei hohen Stückzahlen angewandt werden, was sich positiv auf die Kosten einer derartigen elektrischen Maschine auswirkt.

Claims

Ansprüche
1. Anker für eine elektrische Maschine, umfassend eine Welle (2) und ein Nabenelement (3), wobei zwischen der Welle (2) und dem Nabenelement (3) eine Verstemmverbindung (4) ausgebildet ist, wobei die Verstemmverbindung (4) an wenigstens einem Endbereich des Nabenelements (3) angeordnet ist und die Verstemmverbindung (4) wenigstens einen ersten
Verstemmbereich (5) und einen zweiten Verstemmbereich (6) umfasst, welche in Umfangsrichtung der Welle (2) voneinander beabstandet sind, und welche das Nabenelement (3) an der Welle (2) fixieren, wobei die Verstemmungsbereiche (5, 6) bogenförmig am Nabenelement (3) ausgebildet sind.
2. Anker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenelement (3) ein Blechpaket mit einer Vielzahl von Blechen (3a, 3b, 3c) ist.
3. Anker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenelement (3) eine kreisförmige mittige Öffnung aufweist und die Verstemmverbindung genau zwei oder genau drei oder genau vier oder genau fünf oder genau sechs Verstemmbereiche umfasst.
4. Anker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenelement (3) eine mittige Öffnung mit einer Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Verstemmabschnitten (11, 12, 13) umfasst und die Verstemmverbindung zwischen dem
Nabenelement (3) und der Welle (2) an den nach innen gerichteten Verstemmabschnitten (11, 12, 13) ausgebildet ist.
5. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfangslänge eines Abstandes (7) zwischen zwei benachbarten Verstemmbereichen (5, 6) gleich oder größer ist als eine Umfangslänge eines Verstemmbereichs (5, 6).
6. Anker nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstemmbereiche (5, 6; 8, 9, 10) am Nabenelement (3) gleichmäßig um den Umfang des Nabenelements (3) angeordnet sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Ankers für eine elektrische Maschine, wobei der Anker eine Welle (2) und ein Nabenelement (3) aufweist, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer Welle und eines Nabenelements,
Anordnen des Nabenelements (3) auf der Welle (2), und Verstemmen des Nabenelements (3) an der Welle mit einer
Verstemmverbindung (4), welche wenigstens einen ersten Verstemmbereich (5) und einen zweiten Verstemmbereich (6) umfasst, wobei der erste und zweite Verstemmbereich (5, 6) bogenförmig in Umfangsrichtung mit einem vorbestimmten Abstand zueinander ausgebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstemmen mittels eines Verstemmstempels (20) erfolgt, welcher wenigstens zwei separat vorstehende Verstemmsegmente (23) aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenelement (3) eine mittige Öffnung mit einer Vielzahl von radial nach innen vorstehenden Verstemmabschnitten (11, 12, 13) und zwischen den Verstemmabschnitten (11, 12, 13) gebildeten Ausnehmungen (14, 15, 16) aufweist, und das Verstemmen mittels eines ringförmigen Verstemmstempels (20) mit einem Verstemmring (21) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstemmen gleichzeitig an einem ersten axialen Endbereich und einem zweiten axialen Endbereich des Nabenelements erfolgt.
11. Stempel zum Verstemmen eines Nabenelements (3) an einer Welle (2), umfassend einen Stempelkörper mit einer mittigen Öffnung (22) und mindestens einem ersten und einem zweiten vorstehenden Verstemmsegment (23), wobei die Verstemmsegmente (23) auf einem Kreis und um die mittige Öffnung (22) herum bogenförmig angeordnet sind und zwischen benachbarten Verstemmsegmenten (23) in Umfangsrichtung Ausnehmungen (24) gebildet sind.
12. Stempel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Verstemmsegment (23) eine nach innen gerichtete Segmentfläche (23a), eine nach außen gerichtete Rückfläche (23b) und eine Verstemmkante (25) umfasst, wobei die Segmentfläche (23 a) und die Rückfläche (23b) an der Verstemmkante (25) zusammenlaufen.
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