Beschreibung
Titel
Statorkern für eine elektrische Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Statorkern für eine elektrische Maschine, wie er beispielsweise aus der US-PS 3 577 851 bekannt ist. Der in dieser Druckschrift offenbarte Statorkern wird in einem Wickelverfahren spiralförmig aufge- baut, indem aus einem bandförmigen Elektroblech zwei gleiche Streifen verzahnt ausgestanzt und einzeln jeweils zu einem Statorkern gerollt werden. Die beiden Blechstreifen besitzen jeweils Aussparungen und fingerförmige Vorsprünge, welche nach dem Aufwickeln des Streifens die Zähne und Nuten des Statorkerns bilden. Über das verwendete Stanzverfahren enthält die Veröffentlichung keine näheren Angaben, ebenso wenig wie über die Menge des beim Stanzen entstehenden Abfalls in Relation zur Größe des ursprünglichen Blechstreifen oder des verbleibenden Polquerschnittes.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Statorkern mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das verwendete, vorzugsweise bandförmige Blechmaterial optimal bis an die fertigungstechnisch und geometrisch mögliche Grenze genutzt wird, wobei einerseits der Blechabfall minimiert und andererseits durch den erzielten größtmöglichen Querschnitt der Statorzähne der magnetische Widerstand reduziert wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Statorkerns möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der beim Freistanzen der Zahn- und Nutgeometrie entstehende Stanzabfall soweit verringert wird, dass sich ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung im Bereich zwischen 0,38 und 0,48 ergibt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,40 und 0,48. Bekannte, in gleicher Weise hergestellte Statorkerne liegen bezüglich des beanspruchten Verhältnisses der Zahnbreite zur Nutteilung deutlich niedriger, wenn der Bereich zwischen den
Zahn- und den Nutflanken freigestanzt wird. Lediglich bei vollständig geschnittenen Konturen, bei denen die Zahnbreite der halben Nutteilung entspricht, erreichen bekannte Ausführungen ein Verhältnis der Zahnbreite zur Nutteilung von 0,5, wobei jedoch das gesamte Fertigungsverfahren und insbesondere der Trennvorgang der Bleche deutlich erschwert sind und die Ebenheit der Bleche unter dem Trennvorgang leidet. Hierdurch ergibt sich eine geringere Formhaltig- keit, die sich negativ auf die Abgabeleistung und den Wirkungsgrat auswirkt.
Als zweckmäßig hat es erwiesen, wenn zur Minimierung des Stanzabfalls der Bereich des Nutgrundes und des Zahnkopfes durch Scherschneiden getrennt wird. Hierbei entstehen in diesem Bereich zwar ausgeprägtere Trenngrate, welche jedoch beim Einziehen der Wicklung in die Statornuten und bei der Gestaltung der Nutisolation hinsichtlich möglicher Beschädigungen der Leiterisolation weniger kritisch sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn beim Scherschneiden des Bleches im Bereich des Nutgrundes die Trennlinie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante der Zahnflanke verläuft, weil in diesem Fall am Nutgrund der verbleibende Vorsprung im Blechschnitt auf ein Minimum reduziert und damit auch die Gefahr einer Beschädigung der Nutisolation minimiert wird.
Als vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn bei der Wahl der Stanzbreite an der Zahnflanke und der Nutflanke die Dicke des verwendeten Elektroblechs berücksichtigt wird, wobei vorzugsweise die Breite des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke und der Nutflanke mindestens 20% größer ist als die
Blechdicke der Lamellen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass bei größeren Blechdicken die Breite des freigestanzten Bereiches ausreichend groß gewählt wird, so dass die durch die Materialverformung beim Stanzen entstehenden Grate eine kritische Größe nicht übersteigen. Die Dicke der verwendeten Elektroble- che liegt bei der vorgeschlagenen Gestaltung des Statorkerns zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0,3 und 1,2 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 1,0 mm.
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen verzahnten Blechschnitt vor dem Trennen der beiden Blechstreifen,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit eingefügter Nutisolation und
Figur 2a eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Figur 2 im Bereich des Nutgrundes mit den dort verbleibenden Vorsprüngen des Blechschnitts.
Ausführungsform der Erfindung
In Figur 1 ist mit 10 ein Band aus Elektroblech bezeichnet, welches teilweise durch Freistanzen und teilweise durch Trennschneiden in zwei ineinander ver- zahnte Einzelbänder 12 und 14 zerteilt ist. Das Band 10 besteht aus einem weichmagnetischen, für die Herstellung eines Statorkerns geeigneten Elektroblech, wie es beispielsweise in der DIN 46 400 definiert und grundsätzlich bekannt ist. Wesentliche Kriterien derartiger Bleche sind eine Koerzitivfeldstärke unter 1000 A/m, geeignete Legierungszusätze, insbesondere von Si, Ni, Co, Mo
und andere, sowie spezielle Behandlungen wie Warm- oder Kaltwalzen, wodurch einerseits günstige weichmagnetische Eigenschaften und andererseits vorteilhafte Verarbeitungsbedingungen erhalten werden.
Durch den Trennvorgang des Bandes 10 ergeben sich spiegelbildlich ineinander verzahnte Einzelbänder als Lamellen 12 und 14, welche polförmige Vorsprünge 16 und nutartige Aussparungen 18 aufweisen. Hierbei ist die Trennung derart ausgeführt, dass der Bereich zwischen benachbarten Zahnflanken 20 und Nutflanken 22 in einer Breite B freigestanzt ist. Die Stanzlänge L entspricht dem Ab- stand der inneren Kanten 24 der Polschuhe 26.
Zur Minimierung des Blechverschnittes ist jeweils die Seitenkante 28 und die Außenkante 30 des Zahnkopfbereiches 26 der Blechlamellen 12 und 14 im Bereich der späteren stirnseitigen Enden der Zähne, beziehungsweise des hierbei gebildeten Nutgrundes, durch Scherschneiden getrennt, wobei im Gegensatz zum Freistanzen kein Materialabfall entsteht. Dieser Teil der Lamellen 12 und 14 ist hinsichtlich der etwas stärker ausgebildeten Grate beim Trennschneiden gegenüber dem Stanzen weniger kritisch, da er durch die später eingebrachte Nutisolation 42 abgedeckt ist und beim Einziehen der Wicklung 46 in die Nuten 40 weniger beansprucht ist, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Nut- und/oder Leiterisolation in diesem Bereich kaum besteht.
Ein weiterer Stanzvorgang erfolgt beidseitig an den Außenkanten des Bandes 10 in Form von Ausschnitten 32, die jedoch für die magnetischen Werte des Stator- kerns nicht relevant sind und nur als Eingriffspunkte für ein Ritzel oder dergleichen beim Transport der Bleche dienen, wie er beispielsweise in der eingangs zum Stand der Technik genannten US-PS 3 577 851 beschrieben ist und hier nicht näher erläutert werden muss.
Weitere, für die Gestaltung des Statorkerns relevante Größen der Blechlamellen 12 und 14 sind die Nutbreite N nach dem Trennvorgang im geraden Zustand der Lamellen gemäß Figur 1, die der Nuttiefe entsprechende Zahnlänge A, die Zahnbreite P sowie die Nutteilung T entsprechend dem Abstand von Nutmitte zu Nutmitte. Erfindungsgemäß wird hierbei das Verhältnis α der Zahnbreite P zur Nut-
teilung T größer als 0,38 und kleiner als 0,5 gewählt, wobei das Verhältnis α vorzugsweise zwischen 0,40 und 0,48 liegt. Der niedrigere Wert bestimmt hierbei die für einen fertigungstechnisch einfach durchzuführenden Stanzvorgang vorteilhafte Stanzbreite B, der obere Wert definiert die zur Minimierung des magne- tischen Widerstandes im Zahn wesentliche Zahnbreite P. Die Trennlinie beim Scherschneiden im Bereich des Nutgrundes ist hierbei so ausgerichtet, dass sie im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, beziehungsweise der Nutflanke 22 verläuft. Hierdurch ergibt sich ein nahezu geradliniger Übergang vom Nutgrund zur Nutflanke, wobei ein aus den Figuren 2 und 2a deutlicher zu erkennender, scharfkantiger Vorsprung 34 am Nutgrund weitestgehend vermieden wird. Die Breite B des freigestanzten Bereiches entlang der Zahnflanke 20 und der Nutflanke 22 ist dabei mindestens 20% größer als die Blechdicke d der Lamellen 12, 14, welche ihrerseits zwischen 0,3 mm und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegt.
Figur 2 zeigt in leicht vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem bereits in seine runde Form gerollten oder gebogenen Statorkern mit Zähnen 39 und Nuten 40, in welche eine Nutisolation 42 eingebracht ist, die sich weitgehend der Kontur der Nut 42 anpasst und an der Nutöffnung 44 auf der Innenkante 24 des Polschuhes 26 abstützt. Nach dem Einbringen der Statorwicklung 46 wird die Nutöffnung 44 durch einen sich ebenfalls an der Innenkante 24 des Zahnkopfes 26 abstützenden Nutverschluss 48 geschlossen, so dass die Statorwicklung 45 auch in diesem Bereich gegen eine Beschädigung der Leiterisolation geschützt ist.
Die Figuren 2 und insbesondere 2a zeigen nochmals deutlich den Verlauf der Trennlinie 38, welche beim Scherschneiden des Bandes 10 im Bereich des Nutgrundes 36 entsteht. Die Trennlinie 38 verläuft dabei im Wesentlichen in Verlängerung der freigestanzten Kante 28 der Zahnflanke 20, so dass nur ein sehr klei- ner Vorsprung 34 stehen bleibt, welcher keine Gefahr für eine Beschädigung der Nutisolation darstellt, auch nicht nach dem Einbringen der Statorwicklung 46.