WO2017108354A1 - Permanentmagnet, rotor mit solch einem permanentmagneten und verfahren zur herstellung solch eines permanentmagneten - Google Patents

Permanentmagnet, rotor mit solch einem permanentmagneten und verfahren zur herstellung solch eines permanentmagneten Download PDF

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WO2017108354A1
WO2017108354A1 PCT/EP2016/079211 EP2016079211W WO2017108354A1 WO 2017108354 A1 WO2017108354 A1 WO 2017108354A1 EP 2016079211 W EP2016079211 W EP 2016079211W WO 2017108354 A1 WO2017108354 A1 WO 2017108354A1
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rotor
permanent magnet
axial
cavity
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PCT/EP2016/079211
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Gerald Zierer
Jochen Geissler
Gerrit Huelder
Stephan Geise
Peter Bolz
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K7/088—Structural association with bearings radially supporting the rotor around a fixed spindle; radially supporting the rotor directly radially supporting the rotor directly
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    • H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
    • H02K2205/12—Machines characterised by means for reducing windage losses or windage noise

Definitions

  • Permanent magnet rotor with such a permanent magnet and method for producing such a permanent magnet
  • an improved permanent magnet for an electric machine of a feed pump in particular a water pump
  • the permanent magnet comprises a first section and a second section, the first section comprising a first plastic matrix and magnetic and / or magnetizable particulate material wherein the particulate material is embedded in the first plastic matrix, wherein the second portion at least partially covers the first portion and has a side surface, wherein the side surface is formed to define a channel in the electric machine, at least in sections, wherein on the side surface at least in sections one
  • the friction-reducing structure is provided.
  • the friction-reducing structure is designed as a riblet structure, in particular as a shark skin structure or as a nanostructure.
  • the first plastic matrix has a duroplastic material and / or a thermoplastic material.
  • the second portion has a second plastic matrix, wherein the second plastic matrix comprises a thermosetting material.
  • the rotor is rotatable about an axis of rotation storable and comprises at least one of the above-described
  • the bearing element is arranged in the axial direction directly adjacent to the second portion, wherein the bearing element is integrally connected to the second portion.
  • the bearing element has an axial section extending in the axial direction and a radial section extending in the radial direction, wherein the axial section is arranged radially outside the radial section, wherein the axial section on a first axial side with the radial section and on a second axial to the first axial side opposite side to the second portion of the
  • Permanent magnet is connected, wherein the axial portion on an outer peripheral surface has a bearing surface.
  • the rotor has a coupling element, wherein the coupling element has a shaft section and a
  • Coupling portion for connection to another component, wherein the shaft portion is connected to the coupling portion, wherein the radial portion has a recess, wherein the shaft portion engages through the recess, wherein the shaft portion engages in the first portion of the permanent magnet and is torque-connected to the first portion ,
  • a further bearing element is provided, wherein the further bearing element extending in the axial direction further axial portion and extending in the radial direction has further radial portion, wherein the further axial portion is arranged radially outside the other radial portion, wherein axially between the
  • Axial section of the bearing element and the further axial section of the further bearing element of the second portion of the permanent magnet is arranged, wherein axially between the radial portion and the further radial portion of the first portion is at least partially disposed.
  • An improved method of manufacturing the permanent magnet is provided by providing at least one injection molding tool having a first cavity and at least one second cavity, wherein the first plastic matrix and the magnetic and / or magnetizable particulate material are introduced into the first cavity to form the first portion , wherein a predefined magnetic field is applied at least for aligning at least a portion of the particle material along magnetic field lines of the magnetic field, wherein after at least a partial curing of the first plastic matrix in a second cavity, a second plastic matrix for
  • the injection molding tool is used to delimit the first cavity and the second cavity
  • Injecting tool for limiting the first cavity removed, so that the injection mold and the first portion of the permanent magnet define a third cavity, wherein in the third cavity, a material for forming the coupling element is introduced.
  • Figure 1 is an exploded view of a rotor according to a first
  • FIG. 2 shows a section of the exploded view shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a sectional view along a sectional plane A-A shown in FIG. 2 in an unwound representation by a permanent magnet of the electrical machine;
  • Figure 4 is a detail of a side view of the rotor shown in Figures 1 to 4;
  • Figure 5 is a flow chart of a method of manufacturing the rotor shown in Figures 1 to 4;
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through an injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 1 to 4 after a first method step
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through the injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 1 to 4 during a third method step
  • FIG. 8 shows a cross section through the injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 1 to 4 during a fourth method step
  • FIGS. 9 to 10 each show a detail of a side view of a respective variant of the rotor shown in FIGS. 1 to 4;
  • Figure 1 1 is a sectional view through a rotor according to a second
  • Figure 12 is a sectional view through a rotor according to a third
  • Figure 13 is a sectional view through a rotor according to a fourth
  • Figure 14 is a sectional view through a rotor according to a fifth
  • Figure 15 is a longitudinal section through a rotor according to a fifth
  • Figure 16 is a side view of the rotor shown in Figure 15;
  • Figure 17 is a flow chart of a method of manufacturing the rotor shown in Figures 15 and 16;
  • FIG. 18 shows a sectional view through a first injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 15 and 16 after a first method step
  • FIG. 19 shows a sectional view through a second injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 15 and 16 after a third method step
  • FIG. 20 shows a sectional view through the second injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 15 and 16 after a fifth method step
  • FIG. 21 shows a sectional view through the first injection molding tool for producing the rotor shown in FIGS. 15 and 16 after a seventh method step.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a rotor 10 of an electric machine for a feed pump, in particular a water pump or a gasoline pump.
  • the rotor 10 is rotatably mounted in the electric machine about an axis of rotation 15.
  • the rotor 10 has a first bearing element 20, at least one permanent magnet 25, preferably a second one
  • Coupling element 35 preferably has a shaft portion 40.
  • the shaft portion 40 is aligned parallel to the axis of rotation 15. Axial between the first bearing element 20 and the second bearing element 30 is the
  • Permanent magnet 25 radially outside the shaft portion 40 is arranged.
  • the permanent magnet 25 has a first section 45 and a second section 50 arranged radially outside the first section 45.
  • the second portion 50 covers the first portion 45 radially outward.
  • the first section 45 is covered by the first bearing element 20 and the second bearing element 30.
  • Radially inside, the first portion 45 is formed by the shaft portion 40 of
  • Coupling element 35 covers, so that the first portion 45 no
  • the first section 45 and the second section 50 are exemplary
  • first section 45 and / or the second section 50 have a different geometric structure. It is particularly advantageous if the geometric
  • Embodiment of an inner peripheral surface 70 of the second portion 50 corresponding to an outer peripheral surface 75 of the first portion 45 is selected.
  • the outer peripheral surface 55 of the second portion 50 may be configured independently of the geometric shape of the inner peripheral surface 70 of the second portion 50 and / or the outer circumferential surface 75 of the first portion 45.
  • the second section 50 On an outer circumferential surface 55 of the second section 50 formed as a side surface, the second section 50 has a friction-reducing structure 56.
  • the friction reducing structure 56 may be exemplified as Riblet Structure, in particular as a sharkskin structure or as a nanostructure, be formed.
  • the outer peripheral surface 55 delimits in the assembled state of the electric machine, a channel 60 (shown in phantom in Fig. 1), wherein in the channel 60, a fluid 65, preferably a liquid, is arranged, wherein by means of the friction reducing structure 56, a friction between the fluid 65 and the outer peripheral surface 55 is reduced.
  • a fluid 65 preferably a liquid
  • the first section 45 has a first plastic matrix 80 and magnetic and / or magnetizable particulate material 85. It is particularly advantageous if the first plastic matrix 80 has a thermosetting material and / or a thermoplastic material.
  • the first plastic matrix 80 can have at least one of the following materials: thermosetting plastic, bulk molding compound (BMC), epoxy resin (EP), phenolic molding compound (PF).
  • the particulate material 85 is embedded in the first plastic matrix 80.
  • the particulate material 85 provides a predefined first magnetic field 90 based on the magnetization.
  • the second section 50 has a second plastic matrix 95.
  • the second plastic matrix 95 preferably comprises a duroplastic material. It is particularly advantageous if the second plastic matrix 95 is produced by means of a one-component material. Of course, it is also conceivable that the second plastic matrix 95 is formed differently. It is particularly advantageous if the first plastic matrix 80 and the second plastic matrix 95 have an identical material. This ensures that a particularly good cohesive connection between the outer peripheral surface 75 of the first section 45 with the inner circumferential surface 70 of the second section 50 is ensured.
  • FIG. 2 shows a detail of the exploded view shown in FIG.
  • the friction-reducing structure 56 is designed as a riblet structure, preferably as a shark skin structure, and advantageously has a regular spacing on the outer peripheral surface 55 of the second section 50
  • bulges 105 which are preferably arranged parallel to a flow direction of the fluid 65 in the channel 60.
  • FIG. 3 shows a sectional view along a sectional plane A-A shown in FIG. 2 in an unwound representation by the permanent magnet 25.
  • the bulges 105 are advantageously arranged at a regular distance from one another and are advantageously of the same height in the radial direction.
  • FIG. 4 shows a section of a side view of the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 3.
  • the bulges 105 are advantageously arranged parallel to the axis of rotation 15.
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method for producing the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 5.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through an injection molding tool 200 for producing the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 4 during and after a first method step 150 7 shows a longitudinal section through the injection molding tool 200 for producing the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 5 during a third method step 160.
  • FIG. 8 shows a cross section through the injection molding tool 200 for producing the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 5 during a fourth Process step 165.
  • the injection molding tool 200 advantageously has a first mold insert 205, a second mold insert 210, a third mold insert 215, a fourth mold insert 220, preferably a magnetizing device 225 and preferably a tempering device 230.
  • the first mold insert 205 and the second mold insert 210 are designed as an example in Figure 8 laterally, or in Figures 6 and 7 perpendicular to the plane movable.
  • the third mold insert 215 is, for example, axially displaceable relative to the direction of rotation of the rotor 10 to be produced.
  • the third mold insert 215 advantageously has a cup-shaped opening to a front side of the first mold insert 205 cup portion 235.
  • the pot portion 235 has a first casting surface 240 arranged on an inner circumferential surface of the pot portion 235.
  • the first cast surface 240 is, for example, arranged in a cylindrically shaped manner running around the axis of rotation 15 of the rotor 10 to be produced.
  • a base 245 of the pot portion 235 is oriented, for example, perpendicular to the axis of rotation 15 of the rotor 10 to be produced by means of the injection molding tool 200.
  • the fourth mold insert 220 is arranged radially inward of the pot portion 235.
  • the fourth mold insert 220 has an insert portion 250 and a core portion 255.
  • the core portion 255 is narrower in the radial direction than the insert portion 250 and connected at one end to a first end face of the insert portion 250.
  • the insert portion 250 has an inner width of the substantially
  • Pot section 235 on.
  • the insert portion 250 abuts a second end face on the base 245.
  • the insert section 250 has an exemplary second cast surface 260 arranged perpendicular to the axis of rotation 15.
  • the second casting surface 260 extends by way of example perpendicular to the axis of rotation 15.
  • another orientation of the second casting surface 260 is conceivable.
  • the core portion 255 serves for the hollow cylindrical configuration of the rotor 10.
  • the core portion 255 has a third peripheral surface
  • the third casting surface 265 is axially overlapping with the first
  • an axial overlap is understood to mean that, if at least two components, for example the first cast surface 240 and the third cast surface 265, are projected radially in a plane in which the rotation axis 15 is arranged, they overlap in the plane ,
  • the injection molding tool 200 has a first injection channel 270 on a side axially opposite the insert section 250, axially adjacent to the core section 255.
  • the first injection channel 270 is spatially limited by the first mold insert 205 and the second mold insert 210.
  • the first injection channel 270 may be fluidly connected to a first injection unit.
  • the tempering device 230 may additionally be provided in the first and / or second mold insert 205, 210.
  • the tempering device 230 may be formed, for example, as a heating cartridge and serves to the
  • the tempering device 230 has at least one channel arranged in the injection molding tool 200, wherein a heat transfer medium, which serves to heat or cool the injection molding tool 200, is arranged in the channel. In this way, the injection molding tool 200 can be maintained at a predefined temperature.
  • first and second mold inserts 205, 210 On an end face which is axially opposite the second casting surface 260, the first and second mold inserts 205, 210 have a fourth casting surface 275 radially adjacent to an opening of the first injection channel 270.
  • the first to fourth casting surfaces 240, 260, 265, 275 define a first cavity 280, which is essentially hollow cylindrical in shape.
  • a first sealing element 285 can be arranged, for example between the pot section 235 and the insert section 250 axially adjacent to the first cavity 280, radially to the first cast surface 240.
  • a second sealing element 286 may be provided radially on the outside of the pot portion 235.
  • the second sealing element 286 bears radially on the outside on the pot portion 235.
  • the magnetization device 225 is arranged radially outside the second and third mold inserts 210, 215.
  • the magnetization device 225 is arranged axially overlapping with the first cavity 280.
  • the magnetization device 225 is arranged axially offset from the first cavity 280.
  • the magnetizer 225 may include one or more coils that are powered by a power source and provide an electromagnetic field.
  • the magnetization device comprises at least one high-coercive magnet.
  • a second injection channel 290 is provided in the first mold insert 205.
  • the second injection channel 290 is fluidically separated from the first cavity 280 by the third mold insert and fluidly connectable to a second injection unit.
  • the sleeve 295 may be formed in several parts corresponding to the configuration of the first and second mold inserts 205, 210.
  • the sleeve 295 On an inner peripheral surface, the sleeve 295 has a fifth cast surface 291. At the fifth casting surface 291, a negative mold of the
  • the sleeve 295 may be designed to be replaceable, so that the sleeve 295 is preferably positively connected to the first and / or second mold insert 205, 210. In this case, preferably, the sleeve 295 extends in the axial direction between the second casting surface 260 and the fourth casting surface 275. Alternatively, it is also conceivable that on an inner peripheral surface of the first and / or second mold insert 205, 210, the fifth casting surface 291 is provided.
  • the magnetizable one is provided in the first method step via the first injection channel 270 Particulate material 85 and the liquid first plastic matrix 80 via the first injection channel 270 from the first injection unit into the first cavity 280 pressed.
  • the magnetization device 225 is activated simultaneously with the beginning of the injection. When activated, the
  • Magnetizer 225 a predefined second magnetic field 292 ready.
  • the predefined second magnetic field 292 at least partially penetrates the first cavity 280, with the particulate material 85 extending along
  • Magnetic field lines of the predefined second magnetic field 292 aligns and the particulate material 85 is magnetized.
  • the predefined second magnetic field 292 is preferably maintained in time at least until at least partially, preferably completely, the first plastic matrix 80 has hardened.
  • At least a portion of the magnetic field lines of the second magnetic field 292 extend substantially parallel in the region of the first cavity 280 to the axis of rotation 15.
  • the second magnetic field lines of the second magnetic field 292 extend substantially parallel in the region of the first cavity 280 to the axis of rotation 15.
  • Magnetic field 292 is arranged obliquely to the axis of rotation 15 extending.
  • Magnetizing device 225 to the effect conceivable that by means of the
  • Magnetization device 225 provided second magnetic field 292, the particulate material 85 is oriented such that the magnetized
  • Particle material 85, the first magnetic field 90 in terms of power or
  • Cogging torque / noise optimally provides.
  • Poles of the permanent magnet 25 allows.
  • a second method step 155 preferably after complete curing of the first plastic matrix 80, the third mold insert 215 is displaced in the axial direction in a direction away from the first cavity 280 so that the pot portion 235 no longer radially outwardly bounds the first cavity 280. The displacement takes place so far that with a front surface 300 facing the first cavity 280, the pot portion 235 is arranged in a common plane with the second casting surface 260. Furthermore, in the second method step 155, the magnetization device 225 can be deactivated.
  • a second cavity 305 is bounded in the radial direction by the outer circumferential surface 75 of the first section 45 and the fifth cast surface 291. In the axial direction, the second cavity 305 is delimited by the end face 300 and the first and second mold inserts 205, 210.
  • the second cavity 305 is fluidically connected via the second injection channel 290 to a second injection unit.
  • the second plastic matrix 95 is pressed in the liquid state into the second cavity 305 via the second injection channel 290.
  • the first and second sealing elements 285, 286 ensure that the second plastic matrix 95 does not penetrate between the pot section 235 and the first and / or second mold insert 205, 210 and blocks a displaceability of the third mold insert 215 during curing.
  • a fourth method step 165 the first and second mold inserts 205, 210 are removed transversely to the axis of rotation 15 of the rotor 10 to be produced.
  • Injection channels 270, 290 are cured removed.
  • the above-described configuration of the rotor 10 and the above-described method of manufacturing the rotor 10 has the advantage that the
  • Particle material 85 is protected from corrosion, so that the permanent magnet 25 and, accordingly, the rotor 10 can be used in many different, especially corrosive, environments.
  • Plastic matrix 80 the injection molding tool 200 by means of
  • Tempering device 230 is heated, so that the plastic matrix 80, 95 is particularly low viscosity and thus particularly thin-walled areas of the rotor 10 can be filled quickly and reliably with the plastic matrix 80, 95.
  • the plastic matrix 80, 95 is particularly low viscosity and thus particularly thin-walled areas of the rotor 10 can be filled quickly and reliably with the plastic matrix 80, 95.
  • Tempering device 230 the injection molding tool 200 heated to a temperature having a value which is in a range of 130 ° C to 180 ° C.
  • heating of the injection molding tool 200 by the tempering device 230 ensures that the friction-reducing structure 56 can be molded particularly well from the fifth casting surface 291.
  • the sealing element 285, 186 preferably comprises an elastic material and / or an injection moldable polytetrafluid and / or perfluoroalkoxy polymer (PFA). These materials are particularly suitable for heating the injection molding tool 200 to the above-mentioned temperature range, since in the temperature range between 130 ° C and 180 ° C, the sealing element 285, 286 can extend particularly far in the radial direction and is particularly elastic, so that a gap between the pot portion 235 and the first and / or second mold insert 205, 210 is avoided. At the same time, the sealing element 285, 286 prevents adhesion of the plastic matrix 80, 95.
  • PFA perfluoroalkoxy polymer
  • the negative form of the friction-reducing structure 56 is provided on dispensing with the sleeve 295 on the first and / or second mold insert 205, 210 and, for example by means of a
  • Microzerspanung in the first and / or second mold insert 205, 210 is introduced.
  • the sleeve 295 is particularly advantageous, that the fifth casting surface 291 with the negative mold of the friction-reducing structure 56 particularly cost-effective, for example, from a flat sheet metal, can be made, wherein the negative mold of the friction reducing structure 56 is applied to the flat metal sheet and the respective ends of the metal sheet are then formed into the sleeve.
  • the sleeve 295 is preferably made of a ferritic material, so that the sleeve 295 is fixed in the injection molding tool 200 by the second magnetic field 292 of the magnetization device 225.
  • the provision of the sleeve 295 has the further advantage that after wear of the negative mold of the
  • the sleeve 295 is particularly simple
  • the rotor 10 is removed together with the sleeve 295 and the sleeve 295 is separated separately from the rotor 10 in a sixth method step 175. This is particularly advantageous when the plastic matrix 80, 95 has a particularly low shrinkage.
  • Injection molding tool 200 takes place and so can be dispensed with a further magnetization step outside the injection molding tool 200 and thus the rotor 10 can be made particularly cost effective and fast.
  • FIG. 9 shows a detail of a side view of a variant of the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 4.
  • the rotor 10 is designed essentially identical to the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 4. Deviating from this, the bulges 105 of the friction-reducing structure 56 are in FIG. 9
  • Circumferentially extending that is arranged perpendicular to the axis of rotation 15.
  • FIG. 10 shows a side view of a further variant of the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 4. Deviating from the rotor 10 shown in FIGS. 1 to 4, the bulge 105 of the friction-reducing structure 56 is arranged to run obliquely to the axis of rotation 15.
  • Figure 1 1 shows a sectional view through a rotor 10 according to a second embodiment.
  • the rotor 10 is similar to that in FIGS. 1 to 4 formed rotor 10 is formed.
  • the rotor 10 additionally has a third section 350, which is arranged in the radial direction between the first section 45 and the shaft section 40.
  • the third section is designed as a magnetic carrier and preferably has a thermosetting or thermoplastic material as a material.
  • the third section 350 in the embodiment has a hollow-cylindrical cross-section by way of example
  • the third section 350 serves to ensure that the first section 45 can be arranged radially particularly far outward and that the material expenditure for the particulate material 85 can be kept low.
  • the magnetizer 225 is exemplified so that the magnetizer 225 provides a four-pole second magnetic field 292 formed according to a Halbach field.
  • the first magnetic field 90 penetrates the first and second sections 45, 50.
  • FIG. 12 shows a sectional view through a rotor 10 according to a third embodiment.
  • the rotor 10 is formed substantially identical to the rotor 10 shown in FIG. Deviating from this, the
  • Magnetizer 225 preferably a second magnetic field 292 according to an eight-pole Halbach field ready, so that by the eight-pole Halbach field according to the particulate material 85 through the
  • Magnetizing device 225 is magnetized and the rotor 10 is formed accordingly eight-pole.
  • FIG. 13 shows a sectional view through a rotor 10 according to a fourth embodiment.
  • the rotor 10 is formed substantially identical to the rotor 10 shown in FIG. Deviating from this, the outer circumferential surface 355 of the third section 350 and an inner peripheral surface 356 of the first section 45 are polygonal. As a result, an improved form-fitting connection to the first section 45 arranged radially outside the third section 350 can be provided, so that a particularly high Torque between the third portion 350 and the first portion 45 is transferable.
  • FIG. 14 shows a sectional view through a rotor 10 according to a fifth embodiment.
  • the rotor 10 is formed substantially identical to the rotor 10 shown in FIG.
  • the third section 350 has a further bulge 360.
  • the further bulge 360 tapers radially outward.
  • the further bulge 360 has a triangular cross-section.
  • the further bulge 360 is arranged in areas of the first magnetic field 90, in which only a small magnetization of the particulate material 85 takes place, so that on the one hand, a volume of the particulate material can be further reduced compared to FIG. 13 and, on the other hand, an improved positive connection between the first section 45 and the third portion 350 for transmitting torque between the first portion 45 and the third portion 350.
  • FIG. 15 shows a longitudinal section through a rotor 10 according to a sixth embodiment.
  • the rotor 10 is formed similarly to the rotor 10 shown in FIGS.
  • the first bearing element 20 has a first radial section 400 and a first axial section 405. A first
  • Bearing surface 410 of the first bearing element 20 is disposed radially on the outside on an outer peripheral surface of the first bearing element 20.
  • the first radial section 400 has a first recess 415.
  • the first recess 415 is penetrated by the first portion 45 and the shaft portion 40 in the axial direction.
  • the first recess 415 is conical and tapers towards the first section 45
  • the circumferential surface 55 of the second section 50 in this case has, for example, a smaller diameter than the first bearing surface 410.
  • the second bearing element 30 is mirror-symmetrical, for example, to the first
  • Bearing element 20 is formed and has a in the axial direction, preferably parallel to the rotation axis 15, extending second axial portion 420 and a second, preferably perpendicular to the axis of rotation 15 extending second radial portion 425.
  • the second radial section 425 is connected to the second axial section 420.
  • the second Axial section 420 extends axially in the direction of the first bearing element 20.
  • the second radial section 425 has a second one
  • Coupling portion 435 of the coupling element 35 penetrated.
  • Coupling portion 435 is at one longitudinal end with the shaft portion
  • the coupling portion 435 is connected to a first portion 440 between the second radial portion 425 and the first portion 45.
  • the first region 440 is arranged radially inward to the second axial section 420.
  • a second region 445 of the coupling portion 435 passes through the second recess 430 and points on a shaft portion 40
  • a second bearing surface 426 is arranged.
  • the second bearing surface 426 and the first bearing surface 410 have a larger diameter than the outer peripheral surface 55 of the second portion 50. Further, by way of example, the first
  • Circular path is guided around the axis of rotation 15. Axial between the first
  • Axial section 405 and the second axial section 420, the second section 50 is arranged.
  • the first axial section 405 is arranged relative to the first section 45
  • the second axial section 420 is disposed radially outwardly of the first section 440 of the coupling section 435.
  • the outer peripheral surface 75 of the first section and an outer peripheral surface 460 of the first region 440 of the coupling section 435 are guided on a common circular path about the axis of rotation 15.
  • FIG. 16 shows a side view of the rotor 10 shown in FIG. 15.
  • the bearing surface 410, 426 has, for example, a longitudinal groove 465 arranged at regular intervals in the circumferential direction.
  • the longitudinal groove 465 ensures a reliable flow around the bearing surface 410, 426 with the fluid.
  • FIG. 17 shows a flowchart of a method for producing the rotor 10 shown in FIGS. 15 and 16.
  • FIG. 18 shows a sectional view through a first injection molding tool for producing the rotor 10 shown in FIGS. 15 and 16 after a first method step 500 a
  • FIG. 20 shows a sectional view through the second injection molding tool for producing the rotor 10 shown in FIGS. 15 and 16 after a fifth method step 520
  • Figure 21 is a sectional view through the first
  • the method of manufacturing the rotor 10 is similar to the manufacturing method described in FIG.
  • the second injection molding tool 605 is constructed similarly to the injection molding tool 200 shown in FIGS. 6 to 8.
  • the first injection molding tool 600 has an overall cavity 610.
  • an insert 615 is arranged in the overall cavity 610, wherein the insert 615 reduces the overall cavity 610 to a bearing element cavity 620.
  • step 500 is via an inlet 625 of the first method
  • Injection molding 600 a first material, preferably a thermoset
  • Plastic and / or optionally sintered material for the production of
  • a second method step 505 after the material has hardened, the bearing element 20, 30 is removed from the bearing element cavity 620. Furthermore, in the second method step 505, the insert 615 is removed from the overall cavity 610 of the first injection molding tool 600.
  • a third method step 510 the first bearing element 20 is inserted into the second injection molding tool 605.
  • the third mold insert 215 with the end face 300 brought into contact contact with the first axial portion 405 of the first bearing element 20.
  • the first bearing element 20 together with the first to fourth mold inserts 205, 210, 215, 220, limits the first cavity 280 for producing the first section 45 of the rotor 10.
  • Injection molding tool 605 injected.
  • the second injection molding tool is heated by the tempering device 230 to a temperature of 130.degree. C. to 180.degree.
  • a fifth method step 520 the second mold insert is displaced such that the end face 300 terminates in a plane with the second cast surface 260.
  • the second plastic matrix 95 is injected into the second cavity 305 via the second injection channel 290. It is also of particular advantage if the tempering device 230 the
  • the second plastic matrix has a low-viscosity resin, for example polyurethane (PUR), substantially without particulate materials.
  • PUR polyurethane
  • polyurethane is optimal
  • a seventh method step 530 the rotor 10 is removed from the second injection molding tool 605.
  • the rotor produced by the method described in FIG. 17 is inserted into the overall cavity of the first
  • Injection molding tool 600 inserted. At the same time, another injection channel 630 is thereby released.
  • material for producing the coupling element 35 is injected liquid into a third cavity 635 via the further injection channel 630.
  • the third cavity 635 is removed by removing the fourth
  • the rotor 10 can be produced in a particularly cost-effective and simple manner by means of the injection-molded manufacturing method described in FIGS. 5 and 17.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten, einen Rotor mit solch einem Permanentmagneten und ein Verfahren zur Herstellung solch eines Permanentmagneten, wobei der Permanentmagnet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst,wobei der erste Abschnitt eine erste Kunststoffmatrix und magnetisches und/oder magnetisierbares Partikelmaterial aufweist, wobei das Partikelmaterial in der ersten Kunststoffmatrix eingebettet ist, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt zumindest abschnittsweise bedeckt und eine Seitenfläche aufweist, wobei die Seitenfläche ausgebildet ist, einen Kanal in der elektrischen Maschine zumindest abschnittweise zu begrenzen, wobei an der Seitenfläche zumindest abschnittweise eine reibungsreduzierende Struktur vorgesehen ist.

Description

Beschreibung
Titel
Permanentmagnet Rotor mit solch einem Permanentmagneten und Verfahren zur Herstellung solch eines Permanentmagneten
Stand der Technik
Offenbarung der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Permanentmagneten, einen verbesserten Rotor und einen verbessertes Verfahren zur Herstellung solch eines Permanentmagneten bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Permanentmagneten gemäß Patentanspruch 1 , mittels eines Rotors gemäß Patentanspruch 5 und eines Verfahrens gemäß
Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass ein verbesserter Permanentmagnet für eine elektrische Maschine einer Förderpumpe, insbesondere einer Wasserpumpe, dadurch bereitgestellt werden kann, dass der Permanentmagnet einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt umfasst, wobei der erste Abschnitt eine erste Kunststoffmatrix und magnetisches und/oder magnetisierbares Partikelmaterial aufweist, wobei das Partikelmaterial in der ersten Kunststoff matrix eingebettet ist, wobei der zweite Abschnitt den ersten Abschnitt zumindest abschnittsweise bedeckt und eine Seitenfläche aufweist, wobei die Seitenfläche ausgebildet ist, einen Kanal in der elektrischen Maschine zumindest abschnittweise zu begrenzen, wobei an der Seitenfläche zumindest abschnittweise eine
reibungsreduzierende Struktur vorgesehen ist. In einer weiteren Ausführungsform ist die reibungsreduzierende Struktur als Riblet-Struktur, insbesondere als Haifischhautstruktur oder als Nanostruktur, ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Kunststoffmatrix einen duroplastischen Werkstoff und/oder einen thermoplastischen Werkstoff auf. Alternativ oder zusätzlich weist der zweite Abschnitt eine zweite Kunststoffmatrix auf, wobei die zweite Kunststoffmatrix einen duroplastischen Werkstoff aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Rotor drehbar um eine Drehachse lagerbar und umfasst wenigstens einen oben beschriebenen
Permanentmagneten und wenigstens ein Lagerelement. Das Lagerelement ist in axialer Richtung direkt angrenzend an den zweiten Abschnitt angeordnet, wobei das Lagerelement stoffschlüssig mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Lagerelement einen sich in axialer Richtung erstreckenden Axialabschnitt und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Radialabschnitt auf, wobei der Axialabschnitt radial außenseitig zum Radialabschnitt angeordnet ist, wobei der Axialabschnitt auf einer ersten axialen Seite mit dem Radialabschnitt und auf einer zweiten axialen zur ersten axialen Seite gegenüberliegenden Seite mit dem zweiten Abschnitt des
Permanentmagneten verbunden ist, wobei der Axialabschnitt an einer äußeren Umfangsfläche eine Lagerfläche aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Rotor ein Kopplungselement auf, wobei das Kopplungselement einen Wellenabschnitt und einen
Kopplungsabschnitt zur Anbindung an eine weitere Komponente umfasst, wobei der Wellenabschnitt mit dem Kopplungsabschnitt verbunden ist, wobei der Radialabschnitt eine Aussparung aufweist, wobei der Wellenabschnitt die Aussparung durchgreift, wobei der Wellenabschnitt in den ersten Abschnitt des Permanentmagneten eingreift und drehmomentschlüssig mit dem ersten Abschnitt verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein weiteres Lagerelement vorgesehen, wobei das weitere Lagerelement einen in axialer Richtung sich erstreckenden weiteren Axialabschnitt und sich in radialer Richtung erstreckenden weiteren Radialabschnitt aufweist, wobei der weitere Axialabschnitt radial außenseitig zum weiteren Radialabschnitt angeordnet ist, wobei axial zwischen dem
Axialabschnitt des Lagerelements und dem weiteren Axialabschnitt des weiteren Lagerelements der zweite Abschnitt des Permanentmagneten angeordnet ist, wobei axial zwischen dem Radialabschnitt und dem weiteren Radialabschnitt der erste Abschnitt zumindest teilweise angeordnet ist.
Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Permanentmagneten wird dadurch bereitgestellt, dass wenigstens ein Spritzgusswerkzeug mit einer ersten Kavität und wenigstens einer zweiten Kavität bereitgestellt wird, wobei in die erste Kavität zur Ausbildung des ersten Abschnitts die erste Kunststoffmatrix und das magnetische und/oder magnetisierbare Partikelmaterial eingebracht werden, wobei ein vordefiniertes Magnetfeld zumindest zur Ausrichtung zumindest eines Teils des Partikelmaterials entlang von Magnetfeldlinien des Magnetfelds angelegt wird, wobei nach zumindest einer teilweisen Aushärtung der ersten Kunststoffmatrix in eine zweite Kavität eine zweite Kunststoff matrix zur
Ausbildung des zweiten Abschnitts eingebracht wird und die
reibungsreduzierende Struktur geformt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird in das Spritzgusswerkzeug zur räumlichen Begrenzung der ersten Kavität und der zweiten Kavität vor
Einbringen der ersten Kunststoff matrix und des Partikelmaterials wenigstens ein Lagerelement eingelegt.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens ein Einsatz des
Spritzgusswerkzeugs zur Begrenzung der ersten Kavität entfernt, sodass das Spritzgusswerkzeug und der erste Abschnitt des Permanentmagneten eine dritte Kavität begrenzen, wobei in die dritte Kavität ein Material zur Ausbildung des Kupplungselements eingebracht wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 eine Explosionsdarstellung eines Rotors gemäß einer ersten
Ausführungsform einer elektrischen Maschine;
Figur 2 einen Ausschnitt der in Figur 1 gezeigten Explosionsdarstellung;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene A-A in abgewickelter Darstellung durch einen Permanentmagneten der elektrischen Maschine;
Figur 4 einen Ausschnitt einer Seitenansicht auf den in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotor;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors;
Figur 6 einen Längsschnitt durch ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors nach einem ersten Verfahrensschritt;
Figur 7 einen Längsschnitt durch das Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors während eines dritten Verfahrensschritts;
Figur 8 einen Querschnitt durch das Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors während eines vierten Verfahrensschritts;
Figuren 9 bis 10 jeweils einen Ausschnitt einer Seitenansicht jeweils einer Variante des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors;
Figur 1 1 eine Schnittansichtung durch einen Rotor gemäß einer zweiten
Ausführungsform;
Figur 12 eine Schnittansicht durch einen Rotor gemäß einer dritten
Ausführungsform;
Figur 13 eine Schnittansicht durch einen Rotor gemäß einer vierten
Ausführungsform; Figur 14 eine Schnittansicht durch einen Rotor gemäß einer fünften
Ausführungsform;
Figur 15 einen Längsschnitt durch einen Rotor gemäß einer fünften
Ausführungsform;
Figur 16 eine Seitenansicht auf den in Figur 15 gezeigten Rotor;
Figur 17 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors;
Figur 18 eine Schnittansichtung durch ein erstes Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors nach einem ersten Verfahrensschritt;
Figur 19 eine Schnittansichtung durch ein zweites Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors nach einem dritten Verfahrensschritt;
Figur 20 eine Schnittansichtung durch das zweite Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors nach einem fünften Verfahrensschritt; und
Figur 21 eine Schnittansichtung durch das erste Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors nach einem siebten Verfahrensschritt.
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Rotors 10 einer elektrischen Maschine für eine Förderpumpe, insbesondere eine Wasserpumpe oder eine Benzinpumpe. Der Rotor 10 ist in der elektrischen Maschine drehbar um eine Drehachse 15 lagerbar. Der Rotor 10 weist ein erstes Lagerelement 20, wenigstens einen Permanentmagneten 25, vorzugsweise ein zweites
Lagerelement 30 und vorzugsweise ein Kopplungselement 35 auf. Das
Kopplungselement 35 weistvorzugsweise einen Wellenabschnitt 40 auf. Der Wellenabschnitt 40 ist parallel zur Drehachse 15 ausgerichtet. Axial zwischen dem ersten Lagerelement 20 und dem zweiten Lagerelement 30 ist der
Permanentmagnet 25 radial außenseitig zum Wellenabschnitt 40 angeordnet.
Der Permanentmagnet 25 weist einen ersten Abschnitt 45 und einen radial außenseitig zum ersten Abschnitt 45 angeordneten zweiten Abschnitt 50 auf. Der zweite Abschnitt 50 bedeckt den ersten Abschnitt 45 radial außenseitig. An den jeweiligen axialen Stirnseiten ist der erste Abschnitt 45 durch das erste Lagerelement 20 und das zweite Lagerelement 30 bedeckt. Radial innenseitig wird der erste Abschnitt 45 durch den Wellenabschnitt 40 des
Kopplungselements 35 bedeckt, sodass der erste Abschnitt 45 keine
Kontaktfläche zu seiner Umgebung aufweist.
Der erste Abschnitt 45 und der zweite Abschnitt 50 sind beispielhaft
hohlzylindrisch ausgebildet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste Abschnitt 45 und/oder der zweite Abschnitt 50 eine andere geometrische Struktur aufweisen. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn die geometrische
Ausgestaltung einer inneren Umfangfläche 70 des zweiten Abschnitts 50 korrespondierend zu einer äußeren Umfangfläche 75 des ersten Abschnitts 45 gewählt ist. Die äußere Umfangfläche 55 des zweiten Abschnitts 50 kann dabei unabhängig zu der geometrischen Form der inneren Umfangfläche 70 des zweiten Abschnitts 50 und/oder der äußeren Umfangfläche 75 des ersten Abschnitts 45 ausgestaltet sein.
An einer als Seitenfläche ausgebildeten äußeren Umfangfläche 55 des zweiten Abschnitts 50 weist der zweite Abschnitt 50 eine reibungsreduzierende Struktur 56 auf. Die reibungsreduzierende Struktur 56 kann beispielhaft als Riblet- Struktur, insbesondere als Haifischhautstruktur oder als Nanostruktur, ausgebildet sein. Die äußere Umfangfläche 55 begrenzt in montiertem Zustand der elektrischen Maschine einen Kanal 60 (strichliert in Fig. 1 dargestellt), wobei in dem Kanal 60 ein Fluid 65, vorzugsweise eine Flüssigkeit, angeordnet ist, wobei mittels der reibungsreduzierenden Struktur 56 eine Reibung zwischen dem Fluid 65 und der äußeren Umfangfläche 55 reduziert wird. Dadurch ist eine innere Reibung der elektrischen Maschine reduziert und die elektrische Maschine weist einen hohen Wirkungsgrad auf.
Der erste Abschnitt 45 weist eine erste Kunststoff matrix 80 und magnetisches und/oder magnetisierbares Partikelmaterial 85 auf. Von besonderem Vorteil ist, wenn die erste Kunststoff matrix 80 einen duroplastischen Werkstoff und/oder einen thermoplastischen Werkstoff aufweist. Die erste Kunststoffmatrix 80 kann dabei wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweisen: duroplastischen Kunststoff, Bulk Molding Compound (BMC), Epoxidharz (EP), Phenol- Formmasse (PF).
Das Partikelmaterial 85 ist in der ersten Kunststoffmatrix 80 eingebettet. Ist das Partikelmaterial 85 zumindest teilweise magnetisiert, stellt das Partikelmaterial 85 auf Grundlage der Magnetisierung ein vordefiniertes erstes Magnetfeld 90 bereit.
Der zweite Abschnitt 50 weist eine zweite Kunststoffmatrix 95 auf. Die zweite Kunststoffmatrix 95 weist vorzugsweise einen duroplastischen Werkstoff auf. Besonders von Vorteil ist, wenn die zweite Kunststoffmatrix 95 mittels eines Einkomponentenwerkstoffs hergestellt wird. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die zweite Kunststoffmatrix 95 andersartig ausgebildet ist. Von besonderem Vorteil ist, wenn die erste Kunststoff matrix 80 und die zweite Kunststoff matrix 95 einen identischen Werkstoff aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass eine besonders gute stoffschlüssige Verbindung zwischen der äußeren Umfangfläche 75 des ersten Abschnitts 45 mit der inneren Umfangfläche 70 des zweiten Abschnitts 50 gewährleistet wird.
Durch das Bedecken des ersten Abschnitts 45 des Permanentmagneten 25 durch den zweiten Abschnitt 50 hin zum Kanal 60 wird eine mögliche Korrosion des Partikelmaterials 85 vermieden. Dadurch kann eine besonders korrosionsfeste elektrische Maschine, insbesondere eine besonders
korrosionsstabile Förderpumpe mit der elektrischen Maschine, bereitgestellt werden.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 1 gezeigten Explosionsdarstellung. Die reibungsreduzierende Struktur 56 ist als Riblet-Struktur, vorzugsweise als Haifischhautstruktur ausgebildet und weist vorteilhafterweise in regelmäßigem Abstand auf der äußeren Umfangfläche 55 des zweiten Abschnitts 50
hervorragende Ausbuchtungen 105 auf, die vorzugsweise parallel zu einer Strömungsrichtung des Fluids 65 im Kanal 60 angeordnet sind.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene A-A in abgewickelter Darstellung durch den Permanentmagneten 25. Dabei sind die Ausbuchtungen 105 vorteilhafterweise in regelmäßigem Abstand zueinander angeordnet und sind vorteilhafterweise in radialer Richtung gleich hoch ausgebildet.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht auf den in Figur 1 bis 3 gezeigten Rotor 10. Dabei sind die Ausbuchtungen 105 vorteilhafterweise parallel verlaufend zur Drehachse 15 angeordnet.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Rotors 10. Figur 6 zeigt einen Längsschnitt durch ein Spritzgusswerkzeug 200 zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors 10 während und nach einem ersten Verfahrensschritt 150. Figur 7 zeigt einen Längsschnitt durch das Spritzgusswerkzeug 200 zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Rotors 10 während eines dritten Verfahrensschritts 160. Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch das Spritzgusswerkzeug 200 zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Rotors 10 während eines vierten Verfahrensschritts 165.
Das Spritzgusswerkzeug 200 weist vorteilhafterweise einen ersten Formeinsatz 205, einen zweiten Formeinsatz 210, einen dritten Formeinsatz 215, einen vierten Formeinsatz 220, vorzugsweise eine Magnetisierungseinrichtung 225 und vorzugsweise eine Temperiereinrichtung 230 auf. Der erste Formeinsatz 205 und der zweite Formeinsatz 210 sind beispielhaft in Figur 8 seitlich, bzw. in den Figuren 6 und 7 senkrecht zur Zeichenebene bewegbar ausgebildet. Der dritte Formeinsatz 215 ist beispielhaft axial bezogen auf die Drehrichtung des herzustellenden Rotors 10 verschiebbar. Der dritte Formeinsatz 215 weist vorteilhafterweise einen topfförmig zu einer Stirnseite des ersten Formeinsatzes 205 offenen Topfabschnitt 235 auf. Der Topfabschnitt 235 weist eine an einer inneren Umfangfläche des Topfabschnitts 235 angeordnete erste Gussfläche 240 auf. Die erste Gussfläche 240 ist dabei beispielsweise zylinderförmig um die Drehachse 15 des herzustellenden Rotors 10 verlaufend angeordnet. Ein Grund 245 des Topfabschnitts 235 ist beispielhaft senkrecht zur Drehachse 15 des mittels des Spritzgusswerkzeugs 200 herzustellenden Rotors 10 ausgerichtet.
Axial angrenzend an den Grund 245 ist radial innenseitig zum Topfabschnitt 235 der vierte Formeinsatz 220 angeordnet. Der vierte Formeinsatz 220 weist einen Einsatzabschnitt 250 und einen Kernabschnitt 255 auf. Der Kernabschnitt 255 ist in radialer Richtung schmaler ausgebildet als der Einsatzabschnitt 250 und an einem Ende mit einer ersten Stirnseite des Einsatzabschnitts 250 verbunden. Der Einsatzabschnitt 250 weist im Wesentlichen eine innere Breite des
Topfabschnitts 235 auf. Der Einsatzabschnitt 250 liegt an einer zweiten Stirnseite am Grund 245 an. An der ersten Stirnseite weist der Einsatzabschnitt 250 eine beispielhaft senkrecht zur Drehachse 15 angeordnete zweite Gussfläche 260 auf. Die zweite Gussfläche 260 erstreckt sich beispielhaft senkrecht zur Drehachse 15. Selbstverständlich ist auch eine andere Ausrichtung der zweiten Gussfläche 260 denkbar.
Der Kernabschnitt 255 dient zur hohlzylindrischen Ausgestaltung des Rotors 10. Der Kernabschnitt 255 weist an einer äußeren Umfangfläche eine dritte
Gussfläche 265 auf. Die dritte Gussfläche 265 ist axial überlappend zu der ersten
Gussfläche 240 und radial innenseitig zur ersten Gussfläche 240 angeordnet. Dabei wird unter einer axialen Überlappung verstanden, dass, wenn wenigstens zwei Komponenten, beispielsweise die erste Gussfläche 240 und die dritte Gussfläche 265, in radialer Richtung in eine Ebene, in der die Drehachse 15 angeordnet ist, projiziert werden, diese sich in der Ebene überlappen. Ferner weist das Spritzgusswerkzeug 200 auf einer zum Einsatzabschnitt 250 axial gegenüberliegenden Seite, axial benachbart zum Kernabschnitt 255, einen ersten Einspritzkanal 270 auf. Der erste Einspritzkanal 270 wird dabei durch den ersten Formeinsatz 205 und den zweite Formeinsatz 210 räumlich begrenzt. Der erste Einspritzkanal 270 kann dabei mit einer ersten Einspritzeinheit fluidisch verbunden sein.
Ferner kann zusätzlich im ersten und/oder zweiten Formeinsatz 205, 210 die Temperiereinrichtung 230 vorgesehen sein. Die Temperiereinrichtung 230 kann beispielsweise als Heizpatrone ausgebildet sein und dient dazu, das
Spritzgusswerkzeug 200 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass die Temperiereinrichtung 230 wenigstens einen im Spritzgusswerkzeug 200 angeordneten Kanal aufweist, wobei in dem Kanal ein Wärmeträgermedium angeordnet ist, das zur Erwärmung oder Kühlung des Spritzgusswerkzeugs 200 dient. Auf diese Weise kann das Spritzgusswerkzeug 200 auf einer vordefinierten Temperatur gehalten werden.
Auf einer zur zweiten Gussfläche 260 axial gegenüberliegenden Stirnseite weisen der erste und zweite Formeinsatz 205, 210 radial angrenzend an eine Mündung des ersten Einspritzkanals 270 eine vierte Gussfläche 275 auf. Die erste bis vierte Gussfläche 240, 260, 265, 275 begrenzen eine erste Kavität 280, die im Wesentlichen beispielhaft hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Zur fluidischen Abdichtung der ersten Kavität 280 kann beispielhaft zwischen dem Topfabschnitt 235 und dem Einsatzabschnitt 250 axial angrenzend an die erste Kavität 280 ein erstes Dichtelement 285 radial innenseitig zur ersten Gussfläche 240 angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann radial außenseitig zum Topfabschnitt 235 ein zweites Dichtelement 286 vorgesehen sein. Das zweite Dichtelement 286 liegt dabei radial außenseitig an dem Topfabschnitt 235 an.
In der Ausführungsform ist beispielhaft die Magnetisierungseinrichtung 225 radial außenseitig zum zweiten und dritten Formeinsatz 210, 215 angeordnet. Beispielhaft ist die Magnetisierungseinrichtung 225 axial überlappend mit der ersten Kavität 280 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass die Magnetisierungseinrichtung 225 axial versetzt zu der ersten Kavität 280 angeordnet ist.
Die Magnetisierungseinrichtung 225 kann beispielsweise eine oder mehrere Spulen aufweisen, die mittels einer Stromquelle versorgt werden und ein elektromagnetisches Feld bereitstellen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Magnetisierungseinrichtung wenigstens einen hochkoerzitiven Magneten umfasst.
Axial angrenzend an die Magnetisierungseinrichtung 225 ist beispielhaft im ersten Formeinsatz 205 ist ein zweiter Einspritzkanal 290 vorgesehen. Der zweite Einspritzkanal 290 ist fluidisch durch den dritten Formeinsatz von der ersten Kavität 280 getrennt und mit einer zweiten Einspritzeinheit fluidisch verbindbar.
Radial innenseitig zum ersten und zweiten Formeinsatz 205, 210 und axial überlappend zu der ersten Kavität 280 ist eine Hülse 295 des
Spritzgusswerkzeugs 200 vorgesehen. Die Hülse 295 kann mehrteilig korrespondierend zur Ausgestaltung des ersten und zweiten Formeinsatzes 205, 210 ausgebildet sein.
An einer inneren Umfangfläche weist die Hülse 295 eine fünfte Gussfläche 291 auf. An der fünften Gussfläche 291 kann eine Negativform der
reibungsreduzierenden Struktur vorgesehen sein. Die Hülse 295 kann dabei wechselbar ausgebildet sein, sodass die Hülse 295 vorzugsweise formschlüssig mit dem ersten und/oder zweiten Formeinsatz 205, 210 verbunden ist. Dabei erstreckt sich vorzugsweise die Hülse 295 in axialer Richtung zwischen der zweiten Gussfläche 260 und der vierten Gussfläche 275. Alternativ ist auch denkbar, dass an einer inneren Umfangfläche des ersten und/oder zweiten Formeinsatzes 205, 210 die fünfte Gussfläche 291 vorgesehen ist.
Zur Herstellung des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors 10 wird in im ersten Verfahrensschritt über den ersten Einspritzkanal 270 das magnetisierbare Partikelmaterial 85 sowie die flüssige erste Kunststoff matrix 80 über den ersten Einspritzkanal 270 aus der ersten Einspritzeinheit in die erste Kavität 280 gepresst. Vorteilhafterweise wird zeitgleich mit Beginn des Einspritzens die Magnetisierungseinrichtung 225 aktiviert. In aktiviertem Zustand stellt die
Magnetisierungseinrichtung 225 ein vordefiniertes zweites Magnetfeld 292 bereit.
Das vordefinierte zweite Magnetfeld 292 durchdringt zumindest teilweise die erste Kavität 280, wobei sich das Partikelmaterial 85 entlang von
Magnetfeldlinien des vordefinierten zweiten Magnetfelds 292 ausrichtet und das Partikelmaterial 85 magnetisiert wird. Das vordefinierte zweite Magnetfeld 292 wird vorzugsweise zeitlich zumindest so lange aufrechterhalten, bis zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, die erste Kunststoffmatrix 80 ausgehärtet ist.
In der Ausführungsform verlaufen zumindest ein Teil der Magnetfeldlinien des zweiten Magnetfelds 292 im Wesentlichen parallel im Bereich der ersten Kavität 280 zur Drehachse 15. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das zweite
Magnetfeld 292 schräg zu der Drehachse 15 verlaufend angeordnet ist.
Selbstverständlich sind auch weitere Anpassungen beispielsweise durch die geometrische Ausrichtung der Magnetisierungseinrichtung 225 und/oder einer entsprechend korrespondierend konstruktiven Ausgestaltung der
Magnetisierungseinrichtung 225 dahingehend denkbar, dass mittels des von der
Magnetisierungseinrichtung 225 bereitgestellten zweites Magnetfelds 292 das Partikelmaterial 85 derart orientiert wird, dass das aufmagnetisierte
Partikelmaterial 85 das erstes Magnetfeld 90 hinsichtlich Leistung oder
Rastmoment/Geräuschentwicklung optimal bereitstellt. Dadurch wird eine beispielweise gezielte Anpassung eines Pol-Übergangs zwischen den einzelnen
Polen des Permanentmagneten 25 ermöglicht.
In einem zweiten Verfahrensschritt 155 wird vorzugsweise nach vollständigem Aushärten der ersten Kunststoff matrix 80 der dritte Formeinsatz 215 in axialer Richtung in eine von der ersten Kavität 280 abgewandte Richtung verschoben, sodass der Topfabschnitt 235 nicht mehr radial außenseitig die erste Kavität 280 begrenzt. Die Verschiebung erfolgt so weit, dass mit einer zur ersten Kavität 280 zugewandten Stirnfläche 300 der Topfabschnitt 235 in einer gemeinsamen Ebene mit der zweiten Gussfläche 260 angeordnet ist. Ferner kann im zweiten Verfahrensschritt 155 die Magnetisierungseinrichtung 225 deaktiviert werden. Nach dem zweiten Verfahrensschritt 155 wird eine zweite Kavität 305 in radialer Richtung durch die äußere Umfangfläche 75 des ersten Abschnitts 45 und die fünfte Gussfläche 291 begrenzt. In axialer Richtung wird die zweite Kavität 305 durch die Stirnfläche 300 und das erste und zweite Formeinsatz 205, 210 begrenzt. Die zweite Kavität 305 ist fluidisch über den zweiten Einspritzkanal 290 mit einer zweiten Einspritzeinheit verbunden.
Über den zweiten Einspritzkanal 290 wird im dritten Verfahrensschritt 160 die zweite Kunststoff matrix 95 in flüssigem Zustand in die zweite Kavität 305 gepresst. Dabei stellen das erste und zweite Dichtelement 285, 286 sicher, dass die zweite Kunststoffmatrix 95 nicht zwischen dem Topfabschnitt 235 und dem ersten und/oder zweiten Formeinsatz 205, 210 eindringt und beim Aushärten eine Verschiebbarkeit des dritten Formeinsatzes 215 blockiert.
In einem vierten Verfahrensschritt 165 werden der erste und zweite Formeinsatz 205, 210 quer zur Drehachse 15 von dem herzustellenden Rotor 10 entfernt.
In einem fünften Verfahrensschritt 170 werden die am Rotor 10 verbliebenen Reste von Partikelmaterial 85 und Kunststoff matrix 80, 95, die in den
Einspritzkanälen 270, 290 ausgehärtet sind, entfernt.
Die oben beschriebene Ausgestaltung des Rotors 10 und das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung des Rotors 10 hat den Vorteil, dass das
Partikelmaterial 85 vor Korrosion geschützt ist, sodass der Permanentmagnet 25 und entsprechend auch der Rotor 10 in vielen unterschiedlichen, insbesondere korrosiven, Umgebungen eingesetzt werden kann.
Ferner wird sichergestellt, dass durch eine Werkstoffgleichheit der ersten Kunststoffmatrix 80 und der zweiten Kunststoffmatrix 95 eine gute Adhäsion des zweiten Abschnitts 50 auf den ersten Abschnitt 45 sichergestellt wird und ein Risiko von Rissbildung in dem zweiten Abschnitt, insbesondere durch
Umwelteinflüsse, reduziert wird. Besonders von Vorteil ist hierbei, wenn vor dem Einspritzen der ersten
Kunststoffmatrix 80 das Spritzgusswerkzeug 200 mittels der
Temperiereinrichtung 230 erwärmt wird, sodass die Kunststoffmatrix 80, 95 besonders niederviskos ist und somit auch besonders dünnwandige Bereiche des Rotors 10 schnell und zuverlässig mit der Kunststoffmatrix 80, 95 verfüllt werden können. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die
Temperiereinrichtung 230 das Spritzgusswerkzeug 200 auf eine Temperatur erhitzt, die einen Wert aufweist, der in einem Bereich von 130 °C bis 180 °C liegt.
Ferner wird durch das Erwärmen des Spritzgusswerkzeugs 200 durch die Temperiereinrichtung 230 sichergestellt, dass die reibungsreduzierende Struktur 56 besonders gut von der fünften Gussfläche 291 abgeformt werden kann.
Neben der Abdichtung durch die Dichtelemente 285, 286 vermeiden die
Dichtelemente 285, 286 eine Gratbildung am Rotor 10 zwischen dem ersten Abschnitt 45 und dem zweiten Abschnitt 50. Das Dichtelement 285, 186 weist vorzugsweise ein einen elastischen Werkstoff und/oder ein spritzgießbares Polytetrafluid und/oder Perfluoralkoxy-Polymer (PFA) auf. Diese Werkstoffe eignen sich insbesondere bei einer Erwärmung des Spritzgusswerkzeugs 200 auf den oben genannten Temperaturbereich, da in dem Temperaturbereich zwischen 130 °C und 180 °C das Dichtelement 285, 286 sich besonders weit in radialer Richtung ausdehnen kann und besonders elastisch ist, sodass ein Spalt zwischen dem Topfabschnitt 235 und dem ersten und/oder zweiten Formeinsatz 205, 210 vermieden wird. Gleichzeitig verhindert das Dichtelement 285, 286 eine Anhaftung der Kunststoffmatrix 80, 95.
Alternativ ist auch denkbar, dass die Negativform der reibungsreduzierenden Struktur 56 bei Verzicht auf die Hülse 295 an dem ersten und/oder zweiten Formeinsatz 205, 210 vorgesehen ist und beispielsweise mittels einer
Mikrozerspanung in den erste und/oder zweite Formeinsatz 205, 210 eingebracht wird.
Besonders von Vorteil ist durch die Verwendung der Hülse 295, dass die fünfte Gussfläche 291 mit der Negativform der reibungsreduzierenden Struktur 56 besonders kostengünstig, beispielsweise aus einem ebenen Metallblech, gefertigt werden kann, wobei die Negativform der reibungsreduzierenden Struktur 56 auf das ebene Metallblech aufgebracht wird und die jeweiligen Enden des Metallblechs anschließend zu der Hülse geformt werden. Ferner wird die Hülse 295 vorzugsweise aus einem ferritischen Werkstoff gefertigt, sodass die Hülse 295 in dem Spritzgusswerkzeug 200 durch das zweite Magnetfeld 292 der Magnetisierungseinrichtung 225 fixiert wird. Das Vorsehen der Hülse 295 hat den weiteren Vorteil, dass nach Verschleiß der Negativform der
reibungsreduzierenden Struktur 56 die Hülse 295 besonders einfach
ausgetauscht werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch denkbar ist, dass im fünften Verfahrensschritt 170 der Rotor 10 zusammen mit der Hülse 295 entnommen wird und die Hülse 295 separat in einem sechsten Verfahrensschritt 175 von dem Rotor 10 getrennt wird. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Kunststoffmatrix 80, 95 eine besonders geringe Schwindung aufweist.
Ferner ist von Vorteil, dass die vollständige Aufmagnetisierung des
Partikelmaterials während des Spritzgussprozesses bereits im
Spritzgusswerkzeug 200 erfolgt und so auf einen weiteren Magnetisierungsschritt außerhalb des Spritzgusswerkzeugs 200 verzichtet werden kann und somit der Rotor 10 besonders kostengünstig und schnell hergestellt werden kann.
Figur 9 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Variante des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors 10. Der Rotor 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Abweichend dazu sind die Ausbuchtungen 105 der reibungsreduzierenden Struktur 56 in
Umfangsrichtung verlaufend, also senkrecht zur Drehachse 15 angeordnet.
Figur 10 zeigt eine Seitenansicht auf eine weitere Variante des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotors 10. Abweichend zu dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotor 10 ist die Ausbuchtung 105 der reibungsreduzierenden Struktur 56 schräg zur Drehachse 15 verlaufend angeordnet.
Figur 1 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Rotor 10 ist ähnlich zu dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Abweichend dazu weist der Rotor 10 zusätzlich einen dritten Abschnitt 350 auf, der in radialer Richtung zwischen dem ersten Abschnitt 45 und dem Wellenabschnitt 40 angeordnet ist. Der dritte Abschnitt ist als Magnetträger ausgebildet und weist vorzugsweise einen duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff als Werkstoff auf. Der dritte Abschnitt 350 weist in der Ausführungsform im Querschnitt beispielhaft eine hohlzylindrische
Ausgestaltung auf. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass insbesondere eine äußere Umfangfläche 355 des dritten Abschnitts 350 eine andersartig
ausgebildete geometrische Ausgestaltung aufweist. Der dritte Abschnitt 350 dient dazu, dass der erste Abschnitt 45 radial besonders weit außen angeordnet werden kann und der Materialaufwand für das Partikelmaterial 85 niedrig gehalten werden kann.
In der Ausführungsform ist die Magnetisierungseinrichtung 225 beispielhaft so ausgebildet, dass die Magnetisierungseinrichtung 225 ein vierpoliges, gemäß einem Halbach-Feld ausgebildetes zweites Magnetfeld 292 bereitstellt. Das erste Magnetfeld 90 durchdringt dabei den ersten und zweiten Abschnitt 45, 50.
Figur 12 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor 10 gemäß einer dritten Ausführungsform. Der Rotor 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 1 1 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Abweichend dazu stellt die
Magnetisierungseinrichtung 225 vorzugsweise ein zweites Magnetfeld 292 gemäß eines achtpoligen Halbach-Felds bereit, sodass durch das achtpolige Halbach-Feld entsprechend auch das Partikelmaterial 85 durch die
Magnetisierungseinrichtung 225 aufmagnetisiert wird und der Rotor 10 entsprechend ebenso achtpolig ausgebildet ist.
Figur 13 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor 10 gemäß einer vierten Ausführungsform. Der Rotor 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 12 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Abweichend dazu ist die äußere Umfangfläche 355 des dritten Abschnitts 350 und eine innere Umfangsfläche 356 des ersten Abschnitts 45 polygonförmig ausgebildet. Dadurch kann ein verbesserter Formschluss zu dem radial außen zum dritten Abschnitt 350 angeordneten ersten Abschnitt 45 bereitgestellt werden, sodass ein besonders hohes Drehmoment zwischen dem dritten Abschnitt 350 und dem ersten Abschnitt 45 übertragbar ist.
Figur 14 zeigt eine Schnittansicht durch einen Rotor 10 gemäß einer fünften Ausführungsform. Der Rotor 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in Figur 13 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Abweichend dazu weist der dritte Abschnitt 350 eine weitere Ausbuchtung 360 auf. Die weitere Ausbuchtung 360 verjüngt sich radial nach außen hin. Insbesondere weist beispielhaft die weitere Ausbuchtung 360 einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Die weitere Ausbuchtung 360 ist dabei in Bereichen des ersten Magnetfelds 90 angeordnet, in denen nur eine geringe Magnetisierung des Partikelmaterials 85 erfolgt, sodass zum einen ein Volumen des Partikelmaterials gegenüber Figur 13 weiter reduziert werden kann und zum anderen ein verbesserter Formschluss zwischen dem ersten Abschnitt 45 und dem dritten Abschnitt 350 zur Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Abschnitt 45 und dem dritten Abschnitt 350 bereitgestellt werden kann.
Figur 15 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor 10 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Der Rotor 10 ist ähnlich zu dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Rotor 10 ausgebildet. Das erste Lagerelement 20 weist einen ersten Radialabschnitt 400 und einen ersten Axialabschnitt 405 auf. Eine erste
Lagerfläche 410 des ersten Lagerelements 20 ist radial außenseitig an einer äußeren Umfangfläche des ersten Lagerelements 20 angeordnet. Der erste Radialabschnitt 400 weist eine erste Aussparung 415 auf. Die erste Aussparung 415 wird durch den ersten Abschnitt 45 und den Wellenabschnitt 40 in axialer Richtung durchgriffen. Dabei ist beispielhaft die erste Aussparung 415 konisch ausgebildet und verjüngt sich hin zum ersten Abschnitt 45. Die äußere
Umfangfläche 55 des zweiten Abschnitts 50 weist hierbei beispielhaft einen geringeren Durchmesser auf als die erste Lagerfläche 410. Das zweite Lagerelement 30 ist spiegelsymmetrisch beispielhaft zu dem ersten
Lagerelement 20 ausgebildet und weist einen sich in axialer Richtung, vorzugsweise parallel zur Drehachse 15, erstreckenden zweiten Axialabschnitt 420 und einen zweiten, sich vorzugsweise senkrecht zur Drehachse 15 erstreckenden zweiten Radialabschnitt 425 auf. Radial außenseitig ist der zweite Radialabschnitt 425 mit dem zweiten Axialabschnitt 420 verbunden. Der zweite Axialabschnitt 420 erstreckt sich axial in Richtung zu dem ersten Lagerelement 20. Radial innenseitig weist der zweite Radialabschnitt 425 eine zweite
Aussparung 430 auf. Die zweite Aussparung 430 wird durch einen
Kopplungsabschnitt 435 des Kopplungselements 35 durchgriffen. Der
Kopplungsabschnitt 435 ist dabei an einem Längsende mit dem Wellenabschnitt
40 drehmomentschlüssig verbunden. Axial ist der Kopplungsabschnitt 435 mit einem ersten Bereich 440 zwischen dem zweiten Radialabschnitt 425 und dem ersten Abschnitt 45 verbunden. Der erste Bereich 440 ist radial innenseitig zum zweiten Axialabschnitt 420 angeordnet.
Ein zweiter Bereich 445 des Kopplungsabschnitts 435 durchgreift die zweite Aussparung 430 und weist auf einem dem Wellenabschnitt 40
gegenüberliegenden Längsende eine Anschlussgeometrie 450 zur
formschlüssigen Verbindung des Kopplungselements 35 mit einer weiteren Komponente, beispielsweise mit einem Förderrad der Förderpumpe, auf.
Radial an einer äußeren Umfangfläche des zweiten Axialabschnitts 420 ist eine zweite Lagerfläche 426 angeordnet. Die zweite Lagerfläche 426 und die erste Lagerfläche 410 weisen einen größeren Durchmesser auf als die äußere Umfangfläche 55 des zweiten Abschnitts 50. Ferner sind beispielhaft die erste
Lagerfläche 410 und die zweite Lagerfläche 426 auf einer gemeinsamen
Kreisbahn um die Drehachse 15 geführt. Axial zwischen dem ersten
Axialabschnitt 405 und dem zweiten Axialabschnitt 420 ist der zweite Abschnitt 50 angeordnet. Dabei ist radial außenseitig der erste Axialabschnitt 405 zu dem ersten Abschnitt 45 angeordnet, während hingegen der zweite Axialabschnitt 420 radial außenseitig zum ersten Bereich 440 des Kopplungsabschnitts 435 angeordnet ist. Dabei sind beispielhaft die äußere Umfangfläche 75 des ersten Abschnitts und eine äußere Umfangfläche 460 des ersten Bereichs 440 des Kopplungsabschnitts 435 auf einer gemeinsamen Kreisbahn um die Drehachse 15 geführt.
Figur 16 zeigt eine Seitenansicht auf den in Figur 15 gezeigten Rotor 10. Die Lagerfläche 410, 426 weist beispielhaft eine in regelmäßigem Abstand in Umfangsrichtung angeordnete Längsnut 465 auf. Die Längsnut 465 sorgt für eine zuverlässige Umströmung der Lagerfläche 410, 426 mit dem Fluid. Figur 17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors 10. Figur 18 zeigt eine Schnittansicht durch ein erstes Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors 10 nach einem ersten Verfahrensschritt 500. Figur 19 zeigt eine
Schnittansicht durch ein zweites Spritzgusswerkzeug 605 zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors 10 nach einem dritten Verfahrensschritt 510. Figur 20 zeigt eine Schnittansicht durch das zweite Spritzgusswerkzeug zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors 10 nach einem fünften Verfahrensschritt 520. Figur 21 zeigt eine Schnittansicht durch das erste
Spritzgusswerkzeug 600 zur Herstellung des in den Figuren 15 und 16 gezeigten Rotors 10 nach einem siebten Verfahrensschritt 530.
Das Verfahren zur Herstellung des Rotors 10 ist ähnlich zu dem in Figur 5 beschriebenen Herstellungsverfahren. Insbesondere ist hierbei das zweite Spritzgusswerkzeug 605 ähnlich zu dem in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Spritzgusswerkzeug 200 aufgebaut.
Das erste Spritzgusswerkzeug 600 weist eine Gesamtkavität 610 auf. Im ersten Verfahrensschritt 500 ist in der Gesamtkavität 610 ein Einsatz 615 angeordnet, wobei der Einsatz 615 die Gesamtkavität 610 auf eine Lagerelementkavität 620 reduziert.
Im ersten Verfahrensschritt 500 wird über einen Einlass 625 des ersten
Spritzgusswerkzeugs 600 ein erster Werkstoff, vorzugsweise ein duroplastischer
Kunststoff und/oder gegebenenfalls Sintermaterial, zur Herstellung des
Lagerelements 20, 30 in die Lagerelementkavität 620 eingespritzt.
In einem zweiten Verfahrensschritt 505 wird nach Aushärten des Werkstoffes das Lagerelement 20, 30 aus der Lagerelementkavität 620 entnommen. Ferner wird im zweiten Verfahrensschritt 505 der Einsatz 615 aus der Gesamtkavität 610 des ersten Spritzgusswerkzeugs 600 entnommen.
In einem dritten Verfahrensschritt 510 wird das erste Lagerelement 20 in das zweite Spritzgusswerkzeug 605 eingelegt. Dabei wird der dritte Formeinsatz 215 mit der Stirnfläche 300 in Berührkontakt mit dem ersten Axialabschnitt 405 des ersten Lagerelements 20 gebracht. Somit begrenzt das erste Lagerelement 20 zusammen mit dem ersten bis vierten Formeinsatz 205, 210, 215, 220 die erste Kavität 280 zur Herstellung des ersten Abschnitts 45 des Rotors 10.
In einem vierten Verfahrensschritt wird das Partikelmaterial 85 zusammen mit der ersten Kunststoffmatrix 80 über den ersten Einspritzkanal 270 des zweiten Spritzgusswerkzeugs 605 in die ersten Kavität 280 des zweiten
Spritzgusswerkzeugs 605 eingespritzt.
Durch das Einspritzen der ersten Kunststoffmatrix 80 wird gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem ersten Lagerelement 20 erzielt. Gleichzeitig wird ein Hinterschnitt des ersten Lagerelements 20 mit dem ersten Abschnitt 45 erzielt.
Dabei ist von Vorteil, wenn analog zu dem in Figur 5 beschriebenen Verfahren das zweite Spritzgusswerkzeug durch die Temperiereinrichtung 230 auf eine Temperatur von 130 °C bis 180 °C erwärmt ist.
In einem fünften Verfahrensschritt 520 wird der zweite Formeinsatz derart verschoben, dass die Stirnfläche 300 in einer Ebene mit der zweiten Gussfläche 260 abschließt.
In einem sechsten Verfahrensschritt 525 wird in die zweite Kavität 305 die zweite Kunststoffmatrix 95 über den zweiten Einspritzkanal 290 eingespritzt. Dabei ist ebenso von besonderem Vorteil, wenn die Temperiereinrichtung 230 die
Temperatur des zweiten Spritzgusswerkzeugs 605 im Bereich von 130 °C bis 180 °C hält, sodass eine besonders gute Ausformung der Negativform der reibungsreduzierenden Struktur 56 an der Hülse 295 sichergestellt ist.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die zweite Kunststoffmatrix ein niederviskoses Harz, beispielsweise Polyurethan (PUR), im Wesentlichen ohne Partikelmaterialien aufweist. Insbesondere ist Polyurethan zur optimalen
Abformung der Negativform der reibungsreduzierenden Struktur 56 geeignet. Gleichzeitig wird bei einem Einsatz des Rotors 10 in der Förderpumpe ein besonders geringer Strömungswiderstand der Förderpumpe im Bereich des Rotors 10 sichergestellt. Ferner haftet Polyurethan sehr gut an den für die erste Kunststoffmatrix 80 besonders geeigneten Werkstoffen Bulk Moulding
Compound (BMC), Epoxidharz oder Phenol-Formmasse (PF).
In einem siebten Verfahrensschritt 530 wird der Rotor 10 aus dem zweiten Spritzgusswerkzeug 605 entnommen. Der mit dem in Figur 17 beschrieben Verfahren hergestellte Rotor wird in die Gesamtkavität des ersten
Spritzgusswerkzeugs 600 eingelegt. Gleichzeitig wird dadurch ein weiterer Einspritzkanal 630 freigegeben.
In einem achten Verfahrensschritt 535 wird über den weiteren Einspritzkanal 630 Material zur Herstellung des Koppelelements 35 flüssig in eine dritte Kavität 635 eingespritzt. Die dritte Kavität 635 wird durch das Entfernen des vierten
Formeinsatzes 220 freigegeben und durch den ersten Abschnitt 45 radial außenseitig begrenzt. In axialer Richtung wird der die dritte Kavität 635 durch das Spritzgusswerkzeug erste 600 begrenzt. Zusätzlich ist denkbar, dass über den Einlass 625 Material zur Herstellung des zweiten Lagerelements 30 eingespritzt wird. Alternativ ist auch denkbar, dass im siebten Verfahrensschritt 530 das zweite Lagerelement 30 ebenso eingelegt wird. Nach Aushärten des Materials des Koppelelements 35 wird der fertige Rotor 10 aus dem ersten Spritzgusswerkzeug 600 entnommen.
Es wird darauf hingewiesen, dass in den in Figuren 5 und 17 beschriebenen Verfahren selbstverständlich weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein können oder die Verfahrensschritte in anderer Reihenfolge durchgeführt werden.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass durch den in den Figuren 5 und 17 beschriebenen Herstellungsverfahren mittels Spritzguss der Rotor 10 besonders kostengünstig und einfach hergestellt werden kann. Insbesondere ist hierbei von Vorteil, wenn jeweils Einkomponentenwerkstoffe für die erste und zweite Kunststoffmatrix 80, 95 verwendet werden.

Claims

Ansprüche
1 . Permanentmagnet (25) für eine elektrische Maschine einer Förderpumpe, insbesondere einer Wasserpumpe,
- aufweisend einen ersten Abschnitt (45) und einen zweiten Abschnitt (50),
- wobei der erste Abschnitt (45) eine erste Kunststoffmatrix (80) und magnetisches und/oder magnetisierbares Partikelmaterial (85) aufweist,
- wobei das Partikelmaterial (85) in der ersten Kunststoffmatrix (80) eingebettet ist,
- wobei der zweite Abschnitt (50) den ersten Abschnitt (45) zumindest abschnittsweise bedeckt und eine Seitenfläche (55) aufweist,
- wobei die Seitenfläche (55) ausgebildet ist, einen Kanal (60) in der elektrischen Maschine zumindest abschnittweise zu begrenzen,
- wobei an der Seitenfläche zumindest abschnittweise eine
reibungsreduzierende Struktur (56) vorgesehen ist.
2. Permanentmagnet (25) nach Anspruch 1 ,
- wobei die reibungsreduzierende Struktur als Riblet-Struktur,
insbesondere als Haifischhautstruktur oder als Nanostruktur, ausgebildet ist.
3. Permanentmagnet (25) nach Anspruch 1 oder 2,
- wobei die erste Kunststoffmatrix (80) einen duroplastischen Werkstoff und/oder einen thermoplastischen Werkstoff aufweist,
- und/oder
- wobei der zweite Abschnitt (50) eine zweite Kunststoffmatrix (95) aufweist, wobei die zweite Kunststoffmatrix (95) einen duroplastischen Werkstoff aufweist. Rotor (10) für eine elektrische Maschine einer Förderpumpe, der drehbar um eine Drehachse (15) lagerbar ist,
- aufweisend wenigstens einen Permanentmagneten (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, und wenigstens ein Lagerelement (20, 30),
- wobei das Lagerelement (20, 30) in axialer Richtung direkt
angrenzend an den zweiten Abschnitt (50) angeordnet ist,
- wobei das Lagerelement (20, 30) stoffschlüssig mit dem zweiten
Abschnitt (50) verbunden ist.
Rotor (10) nach Anspruch 4,
- wobei das Lagerelement (20, 30) einen sich in axialer Richtung
erstreckenden Axialabschnitt (405, 420) und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Radialabschnitt (400, 425) aufweist,
- wobei der Axialabschnitt (405, 420) radial außenseitig zum
Radialabschnitt (400, 425) angeordnet und
- wobei der Axialabschnitt (405, 420) auf einer ersten axialen Seite mit dem Radialabschnitt (400, 425) und auf einer zweiten axialen zur ersten axialen Seite gegenüberliegen Seite mit dem zweiten Abschnitt (50) des Permanentmagneten (25) verbunden ist,
- wobei der Axialabschnitt (405, 420) an einer äußeren Umfangsfläche eine Lagerfläche (410, 426) aufweist.
Rotor (10) nach Anspruch 5,
- aufweisend ein Kopplungselement (35),
- wobei das Kupplungselement (35) einen Wellenabschnitt (40) und einen Kopplungsabschnitt (435) zur Anbindung an eine weitere Komponente umfasst,
- wobei der Wellenabschnitt (40) mit dem Kopplungsabschnitt (435) verbunden ist,
- wobei der Radialabschnitt (400, 425) eine Aussparung (415, 430) aufweist,
- wobei der Wellenabschnitt (40) die Aussparung (415, 430) durchgreift
- wobei der Wellenabschnitt (40) in den ersten Abschnitt (45) des
Permanentmagneten (25) eingreift und drehmomentschlüssig mit dem ersten Abschnitt (45) verbunden ist . Rotor (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
- wobei ein weiteres Lagerelement (20, 30) vorgesehen ist,
- wobei das weitere Lagerelement (20, 30) einen in axialer Richtung sich erstreckenden weiteren Axialabschnitt (405, 420) und sich in radialer Richtung erstreckenden weiteren Radialabschnitt (400, 425) aufweist,
- wobei der weitere Axialabschnitt (405, 420) radial außenseitig zum weiteren Radialabschnitt (400, 425) angeordnet ist,
- wobei axial zwischen dem Axialabschnitt (405, 420) des
Lagerelements (20, 30) und dem weiteren Axialabschnitt (405, 420) des weiteren Lagerelements (20, 30) der zweite Abschnitt (50) des Permanentmagneten (25) angeordnet ist,
- wobei axial zwischen dem Radialabschnitt (400, 425) und dem
weiteren Radialabschnitt (400, 425) der erste Abschnitt (45) zumindest teilweise angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagneten (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
- wobei wenigstens ein Spritzgusswerkzeug (200, 600, 605) mit einer ersten Kavität (280) und wenigstens einer zweiten Kavität (305) bereitgestellt wird,
- wobei in die erste Kavität (280) zur Ausbildung des ersten Abschnitts (45) die erste Kunststoffmatrix (80) und das magnetische und/oder magnetisierbare Partikelmaterial (85) eingebracht werden,
- wobei ein vordefiniertes Magnetfeld (90, 292) zumindest zur
Ausrichtung zumindest eines Teils des Partikelmaterials (85) entlang von Magnetfeldlinien des Magnetfelds (90, 292) angelegt wird,
- wobei nach zumindest einer teilweisen Aushärtung der ersten
Kunststoffmatrix (80) in eine zweite Kavität (305) eine zweite Kunststoffmatrix (95) zur Ausbildung des zweiten Abschnitts (50) eingebracht wird und die reibungsreduzierende Struktur (56) geformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
- wobei in das Spritzgusswerkzeug (605) zur räumlichen Begrenzung der ersten Kavität (280) und der zweiten Kavität (305) vor Einbringen der ersten Kunststoffmatrix (80) und des Partikelmaterials (85) wenigstens ein Lagerelement (20, 30) eingelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
- wobei wenigstens ein Einsatz (615) des Spritzgusswerkzeugs ( 600) zur Begrenzung der ersten Kavität (280) entfernt wird, sodass das Spritzgusswerkzeug (600) und der erste Abschnitt (45) des
Permanentmagneten (25) eine dritte Kavität (635) begrenzen,
- wobei in die dritte Kavität (635) Material zur Ausbildung des
Kopplungselements (35) eingebracht wird.
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