WO2019120355A1 - Stator-/rotorvorrichtung für elektromotoren und verfahren zur herstellung einer kunststoffbeschichtung einer stator-/rotorvorrichtung - Google Patents

Stator-/rotorvorrichtung für elektromotoren und verfahren zur herstellung einer kunststoffbeschichtung einer stator-/rotorvorrichtung Download PDF

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WO2019120355A1
WO2019120355A1 PCT/DE2018/000376 DE2018000376W WO2019120355A1 WO 2019120355 A1 WO2019120355 A1 WO 2019120355A1 DE 2018000376 W DE2018000376 W DE 2018000376W WO 2019120355 A1 WO2019120355 A1 WO 2019120355A1
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WO
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stator
rotor
plastic
stacked
winding groove
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PCT/DE2018/000376
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French (fr)
Inventor
Jürgen FRANK
Thomas Ehrler
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PVS-Kunststofftechnik GmbH & Co. KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, heating or drying of windings, stators, rotors or machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors

Definitions

  • the present invention relates to a stator / rotor device for electric motors with at least one or more stacked stator / rotor packet device (s), the stator / rotor packet device (s) each being designed as a rotationally symmetrical component relative to an axis of rotation, in each case Individual sheets arranged stacked one above the other, the individual sheets have a rotationally symmetrical peripheral contour spaced circumferentially in a predetermined spacing projection devices that form in a stacked state inwardly or outwardly facing pole pieces, which are each wrapped by an electrically conductive wire and each between the Pole shoes are present, at least the
  • Plastic layer has.
  • the invention further relates to a method for producing a plastic coating of such a stator / rotor device.
  • Stator / rotor devices with stator / rotor packet devices or segments of electric motor components are injection-molded in the prior art in an embodiment variant by injection molding with plastic.
  • confirmation copy fulfills the main requirements to ensure the isolation of current-carrying components to metallic components or housing parts.
  • contours can be produced with the injection molding process in the shaping, which support and considerably simplify the later manufacturing process of the engine. Due to the extrusion process, individual assembly steps can therefore be saved later.
  • FIGS. 30 to 32 Such a stator is shown in FIGS. 30 to 32.
  • the known stator device has a package 10 (stator pack device) made of stamped or lasered individual sheets 12 with a respectively corresponding contour, which are congruently stacked on top of one another and then joined together.
  • the stator / rotor core device 10 is designed as a component designed to be rotationally symmetrical as a rotation axis D and consists, as mentioned, of individual metal sheets 12 stacked congruently.
  • the individual metal sheets 12 have a rotationally symmetric peripheral contour with a predetermined spacing in the circumferential direction U. arranged projection units on the stacked in the stacked state in
  • Winding grooves 16 are present in each case between the pole shoes 14, wherein in the final state, inter alia, the inner peripheral contour of each winding groove 16 has an electrically insulating molded plastic layer 30 made of thermoplastic or thermosetting material (see FIG. 31).
  • the pole shoes 14 may also face outward.
  • These individual sheets 12 are manufactured in many cases from sheet thicknesses of 0.12 to 0.50 mm, in engine found in dependence on the engine size and engine type and thicker sheets use.
  • sheets 12 made of special steel / iron alloys with specific electromagnetic properties are available for this purpose.
  • the Rolled sheet metal strips (coils) with the appropriate thickness are performed in example by a punching tool while punching individual sheets 12 with corresponding contours.
  • Other production methods, such as lasers or similar cutting methods, are also known.
  • Welding procedure be added to a stable body.
  • stator / rotor core assemblies 10 Before the stator / rotor core assemblies 10 can be covered with copper wire, an insulating layer between copper wire and the bare metal surface of the stator / rotor core assembly 10 is required (the wrapped copper wires are not shown in FIGS. 30-32).
  • the insulating paper are in strong competition with other production or insulation methods (for example powder coating). Frequently, the faces of such a packet are often covered with injection-molded plastic end caps. Thereafter, the actual winding takes place before transition.
  • a major requirement in the manufacturing process is an economically feasible electrical insulation of the stator / rotor core device. This is also particularly suitable for injection molding.
  • the plastic performs the function of insulating the package for winding or other current-carrying elements in the motor assembly. Specifically, the plastic layer acts as an insulating layer between the metal surface of the laminated core and the introduced copper winding of the conductors, which can be formed as profiles or wires, for example, of copper or aluminum or other conductive metals.
  • the injected plastic fulfills the function as a construction material for functional or assembly elements on the overmoulded raw package.
  • Both the insulation and the functional elements are molded in the plastic injection process in one operation.
  • the proportion of subsequent assembly work is significantly reduced, since most of the insulating elements and many assembly supporting elements in one operation already with ⁇ are formed.
  • An object of the plastic injection technique is that in particular groove areas of the package, the adjacent pole shoes are subsequently wound with copper as thin as possible to be ejected with plastic to achieve a maximum winding space for the copper wire. That means a maximum number of copper
  • windings which can be accommodated in the winding grooves in order to increase the efficiency and efficiency of the electric motor.
  • Another advantageous effect of the encapsulated insulating layer is the better heat transfer (the energy loss) during the engine operation of the copper over the plastic in the package, since there is no air gap between the insulation and package surface and also a thermally conductive plastic can be used.
  • stator / rotor contact devices or segments of the named components are produced by injection molding and as a rule injection-molded on one end face of the package.
  • This Anspritzposition usually results from the package contour and the wall thickness design of the plastic.
  • One principle in injection molding is to spray on positions with large wall thicknesses wherever possible. These are primarily to be found on the front sides of the stator.
  • the package which is also called the raw package, is placed in the open injection mold, after which the injection mold is closed.
  • the plastic already melted in the injection molding machine is injected through one or more runner points into the mold cavity and fills the contouring cavities of the cavity, which correspond to the desired plastic design of the overmolded package.
  • the finished package is removed from the mold.
  • the melt flow comes to a standstill since critical low melting temperatures have already been reached in partial regions of the cavity.
  • the so-called maximum flow path length depends on several factors:
  • the known one-sided / front-side gating substantially limits the possible package height which can be sprayed over.
  • essentially the factors mentioned above have been used, which have been correspondingly matched to the respectively existing injection situation with respect to the geometry of the package.
  • flow fronts are created at several positions of the package, which spread in different directions depending on the position.
  • a flow front refers to the foremost position of the propagating source of the plastic.
  • Microstructures and fiber orientations show a lower load capacity.
  • weld lines often show as a predetermined breaking point, which affect the function very much or to a Failure can lead.
  • electrical loading for example in the context of high-voltage or breakdown tests, there is therefore a punctual failure of the insulating layer or the plastic wall in the case of the known plastic-coated packages.
  • the resulting weld lines and air pockets also have a negative impact on the required material tightness. In that regard, there is an endeavor to absolutely avoid such weld lines and air inclusions from the point of view of insulation technology within the scope of the required thin-walled winding groove areas.
  • laminated cores for electric motors are usually joined to form one-piece package bodies during production.
  • the individual sheets are joined together using special bonding techniques and processed into a coherent body.
  • joining techniques for example, punching packages, laser welding and various adhesive techniques such as joining by baked enamel or cyan-acrylate adhesives are used.
  • Air entrapment problem can be largely avoided, an extension of the flow paths and an economic
  • stator / rotor device for electric motors according to the invention is given by the features of independent claim 1.
  • Plastic layer or the plastic layer itself is directly or indirectly in communication connection and via which the plastic for producing the plastic layer on the inner wall of the winding groove is injected / injected.
  • a structurally particularly advantageous embodiment is characterized in that the AnspritzkanalausEnglishung in one or more, stacked single sheet / s is present.
  • the Anspritzkanalaus strictly speaking can in a preferred
  • Embodiment each have straight parallel flanks or in an alternative embodiment have conically widening outward or tapered flanks.
  • an advantageous embodiment is characterized in that the injection channel in the upper and / or lower end edge region and / or in the central region of the stator /
  • Rotor package device is present.
  • an advantageous embodiment is characterized in that the stator / rotor device several stacked on each other, especially the same or
  • stacked stator / rotor packet means wherein an alternative embodiment is characterized in that stacked stator / rotor packet means an upper Anspritzkanal a lower stator / rotor packet means is arranged congruent to a lower Anspritzkanal an adjacent upper stator / rotor packet means.
  • the packages to be introduced into the injection mold can also be adjusted by stacking individual sheets, depending on the geometry. This creates no Symmetriefeh ler in the construction of the package stack, since each sheet can flexibly adjust the receiving contour of the injection molding tool. Tall sheet stacks can thus be lighter be inserted into the injection mold. According to the cross section, the position and the number of Anspritzkanalebenen be made flexible depending on the layer combination of different individual sheets.
  • the combination of injection channel with flow channel according to the invention makes it possible to achieve optimal encapsulation results.
  • the flow path length of the melt is divided into two approximately equal distances from the injection point, since the injection point or the injection points can be arranged centrally over the entire package via the existing injection channels.
  • the flow paths in both directions are unevenly distributed. In comparison to the one-sided front-side gating, the flow paths are nevertheless considerably shortened.
  • the flow path lengths do not necessarily have to be the same length in both filling directions.
  • Wall thicknesses of the plastic encapsulation layer and at the same time allows large flow paths and thus large package heights.
  • Wall thickness of the plastic layer, in particular in the groove base, can be achieved both in a predominantlyanspritzung and in an internal injection splash results in which a meeting meet the flow fronts is largely avoided and thereby air pockets are avoided.
  • the Bindenaht- and air inclusion problem is largely excluded.
  • the rotor / Statorb beautifully is in a
  • the flow channel is formed by a trough-like depression in the sheet metal pacts in a simple manner. This creates a channel with an enlarged cross-section of the wall thickness. This channel runs along the desired filling direction of the plastic.
  • this flow channel supports the filling of the cavity or significantly improves the filling behavior.
  • the channel can be installed in one, several or all winding grooves.
  • the flow channel favors a better fillability of the stator / rotor packet device by extending in the filling de de cross-sectional enlargement. Due to the thickened wall thickness area along the flow path in the flow channel, the pressure loss is reduced by reduced flow path length with a small wall thickness, since the plastic mass can escape along the flow channel into the corresponding wall. This results in the following advantages:
  • the arrangement of the flow channel may simultaneously support magnetic pole separation.
  • stator / rotor device is characterized according to a particularly advantageous embodiment in that each individual sheet on the inner contour of at least one winding groove,
  • Communication connection is and through which the plastic for producing the plastic layer on the inner wall of the winding groove can be injected.
  • the combination of one or more Anspritzkanälen with one or more flow channels is particularly advantageous in the sense of solving the problem in this combination variant.
  • a particularly advantageous embodiment which only minimally influences the magnetic properties of the stator / rotor device according to the invention, is characterized in that the flow channel recess each has a concave peripheral contour or polygonal peripheral contour or rounded, in particular part-circular
  • Peripheral contour has.
  • the maximum depth of the flow channel recess is preferably one or more times the thickness of the plastic layer.
  • a particularly advantageous embodiment, which only minimally influences the magnetic properties of the device, is characterized in that the flow channel recess or the flow channel is arranged on a defined part of the inner contour of the winding groove, for example preferably in the groove base of the winding groove.
  • thermoplastic or thermosetting plastic consists of thermoplastic or thermosetting plastic.
  • Injection mold of the plastic is injected via the Anspritzkanäle.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a stator / rotor
  • FIG. 2 shows a schematic perspective detail of a section of the packet according to FIG. 1 with two pole shoes and a winding groove with flow channel
  • Fig. 3 is a schematic plan view of a stator / rotor package
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of the stator / rotor packet device according to FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a detail of the stator / rotor packet device according to FIG. 3 with the formation of a Anspritzkanals in the groove bottom of the winding groove,
  • FIG. 6 is a schematic perspective view of the detail of FIG. 5, 7 is a schematic perspective view in side view of the detail according to FIG. 6,
  • FIG. 8 shows a schematic plan view of a detail of the stator / rotor packet device according to FIG. 3 with the formation of a flow channel in the groove base of the winding groove,
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of the detail of FIG. 8,
  • FIG. 10 is a schematic detail plan view of an embodiment of a stator / rotor packet device with Anspritzkanal- recess and molded plastic layer,
  • FIG. 11 is a schematic detailed plan view of an exemplary embodiment of a stator / rotor packet device with the formation of a flow channel with an overmolded plastic layer,
  • FIG. 12 shows a schematic detail perspective of a stator / rotor packet device in combination of flow channel and.
  • FIG. 13 shows a schematic detail perspective of a stator / rotor package device in combination of flow channel and.
  • Fig. 14 is a schematic plan view of the stator / rotor package
  • Fig. 15 is a schematic plan view of FIG. 14 at a distance
  • Mold core and illustrated plastic extrusion coating in a groove, 16 is a perspective view of two stacked stator / rotor packet assemblies with a plastic injection device with nozzles, which are acted upon via a Anspritzkanal with subsequent flow channel, in the cut state,
  • FIG. 18 shows a perspective view of the stator / rotor packet devices according to FIG. 17 with the upper stator / rotor packet device removed, FIG.
  • FIG. 19 is a further perspective view of the stator / rotor packet device according to FIG. 17 in a side view, FIG.
  • stator / rotor packet devices with injection channel and flow channel
  • 21 a schematic perspective view of four stacked stator / rotor packet devices with injection channel and flow channel
  • FIG. 22 shows a schematic perspective illustration of two stator / red stacking devices stacked on top of each other, each packet having an outside sprue for each groove on the underside, which communicates with a flow channel,
  • FIG. 23 shows a schematic view of the stator / rotor packet device according to FIG. 22 in the region of the injection channel, FIG.
  • Fig. 24 is a schematic perspective view of two stacked stator / rotor packet assemblies, wherein the lower package is rotated 180 °, so that an enlarged outside Anspritzkanal is present,
  • FIG. 25 shows a schematic view of the stator / rotor packet device according to FIG. 24 in the region of the injection channel, FIG.
  • FIG. 26 is a schematic perspective view of the stator / rotor package device according to FIG. 22 with molded-on plastic contours or further.
  • FIG. 26 is a schematic perspective view of the stator / rotor package device according to FIG. 22 with molded-on plastic contours or further.
  • FIG. 27 schematic perspective view of the stator / rotor packet device according to FIG. 24 with molded plastic layers or further plastic layer elements and representation of the injection points on the respective Anspritzkanal in dash-dotted lines
  • FIG. 28 schematic detail perspective of the positioning of the
  • Guttering channel for the plastic material is injected at the plastic material in the flow channel, in the area of a Windmutmut with molded
  • Fig. 29 is a schematic plan view of the stator / rotor package
  • FIG. 30 is a schematic perspective view of a stator / rotor packet device consisting of stacked individual sheets with inwardly facing pole pieces and grooves according to the prior art, 31 schematic detail top view of the stator / rotor package device according to FIG. 30 with two pole shoes and a groove arranged therebetween with a plastic-encased groove, FIG.
  • FIG. 32 is a schematic detail perspective view of the plastic overmolding at the upper injection point at the top side with a schematic representation of the flow profile, FIG.
  • FIG. 33 shows a schematic perspective illustration of a stator / rotor device with four stacked stator / rotor packet devices with injection and flow channels, showing the flow direction of the melt front in cascade-shaped injection molding starting at the upper injection channel and
  • FIG. 34 shows a schematic perspective view of a stator / rotor device with four stacked stator / rotor packet devices with injection and flow channels, showing the flow direction of the melt front in cascade-shaped injection molding starting at the middle injection channel.
  • FIGS. 30, 31 and 32 show a stator / rotor packet device 10, as known from the prior art and already described in the introduction to the description.
  • the stator / rotor package device 10 is encapsulated with electrically insulating plastic.
  • 16 mold cores are introduced into each groove, which are formed so that after the plastic injection process, the inner walls of the winding groove 30 of a thin electrically insulating plastic Material layer 30 (see Fig. 31) are surrounded.
  • Fig. 32 is highly schematic in a detail perspective, the flow behavior of
  • Plastic partially shown. Usually, a one-sided, front-side gating over the injection point A from above. The flow behavior of the plastic is shown in Fig. 32 with arrow F and dashed lines. It results in a relatively long
  • Rotor package device 10 limits are set. After the stator / rotor packet device 10 has been encapsulated with plastic, the pole shoes 14 are wrapped, for example, with copper wire, wherein the wrapped copper wires are not shown in FIGS. 30, 31 and 32.
  • FIGS. 1 and 2 show a first exemplary embodiment of a stator / rotor packet device 10.1, which essentially corresponds in geometry to the geometry of the stator / rotor packet device 10 according to FIG. 30.
  • a major difference, however, is that in the groove bottom of each winding groove 16 on each sheet 12 in the Nutinnere open F physicallykanalausEnglishung 22 is present, the F physicallykanalausnaturalung 22 of each sheet 12 in the longitudinal direction L are arranged congruently one above the other, so that in
  • a flow channel 26 is formed.
  • the stator / rotor packet device 10.1 is thus provided in a defined area, namely the groove bottom of the winding groove 16, with a flow channel 26 which is formed by a trough-like depression (flow channel recess 22) in each individual sheet 12 of the laminated core. This creates a flow channel 26 with an enlarged cross-section of the wall thickness. This flow channel 26 extends along the filling direction of the plastic.
  • this flow channel 26 supports the filling of the capacity or improves the filling behavior.
  • a flow channel 26 is present in each winding groove 16.
  • this is not mandatory. It may be a flow channel 26, for example, in one, in several or as shown be present in all winding grooves 16.
  • the flow channel 26 promotes better fillability of the stator by the running in the filling direction cross-sectional enlargement. Due to the thickened wall thickness region along the flow path, the pressure loss is lower and it is possible to achieve larger flow path lengths with a smaller wall thickness of the plastic layer.
  • FIGS. 8 and 9 the flow channel 26 formed by the flow channel recess 22 of the individual sheets is shown in detail.
  • FIG. 11 shows in detail in a plan view an inner surface of a winding groove 16 with flow channel 26 provided with a thin, insulating plastic layer 30.
  • FIGS. 28 and 29 the area of a winding groove 16 is shown in highly schematic detail in a detail perspective
  • the winding groove 16 is already encapsulated with a plastic layer 30 and further molded plastic portions 31 are shown schematically.
  • FIGS. 3 and 4 show a second exemplary embodiment of a stator / rotor packet device 10. 2, which differs from the stator / rotor packet device 10. 1 according to FIGS. 1 and 2 in that the pole shoes 14 face outward and those between the pole shoes 14 existing winding grooves 16 are open to the outside. Also in this embodiment, in the groove bottom of each winding groove 16 there is an outwardly open flow channel 26 extending in the longitudinal direction L, which is formed by congruently arranged flow channel recesses 22 of the individual sheets 12.
  • the stator / rotor core device 10.2 differs from the stator / rotor core device 10.1 according to FIGS. 1 and 2 further in that in the upper end region of the stator / rotor core device in the region of the groove bottom of each winding groove 16, at least one or more individual sheets 12 have an injection channel recess 24 extending from the inside to the outside, which are arranged congruently one above the other, so that an injection channel 28 extending in the radial direction R is formed
  • Embodiment of Fig. 3 and 4 respectively opens into the flow channel 26.
  • the injection channel 28 as a single feature is shown schematically in detail in the region of a winding groove 16 in Figures 5 and 6.
  • the height of the Anspritzkanals 28 in the longitudinal direction L is determined by the number of AnspritzkanalausEnglishept 24 of the individual sheets 12.
  • the Anspritzkanal / the Anspritzkanäle 28 alone is / are a feature essential to the invention and can also be essential to the invention without associated flow channel / flow channels 26 exist, as a flow path shortening of the injected plastic can be achieved, which allows large Umspritzungs ownedn the stator without loss of quality.
  • Anspritzkanalausnaturaleptept 24 of 7 in the end region stacked individual sheets 12 is formed.
  • the channel cross section is thus determined by the number of sheets 12 and the width of the
  • Anspritzkanalausnaturalung 24 determined in the circumferential direction.
  • a winding groove 16 with a thin, electrically insulating plastic layer 30 molded onto the inner surface of the winding groove in the region of the injection channel 28 is shown schematically in a detailed plan view.
  • Figures 12 and 13 show in a detail perspective the
  • FIG. 14 is a schematic plan view of the state before the injection of the plastic in a stator / rotor package device 10.2 is shown. From the inside are at each Anspritzkanal 28th
  • an introduced mold core 40 is exemplified, which is the
  • the plastic material is injected into the cavity through the injection nozzle via the respective injection channel 28 and is distributed both in the lateral direction (arrow F in FIG. 14) and at the same time longitudinally along the flow channel 26, along the filling direction of the
  • each winding groove 16 is molded on the flow channel 26, for example via a tunnel gate.
  • the melt is passed over the Anspritzkanal 28 to the winding groove 16 and distributed in the winding area evenly in all directions.
  • stator is composed of two stacked stator / rotor packet devices 10.2 or 10.1 see, for example, FIGS. 17, 18, 19, 22, 24, 26 and 27. More than two stator / rotor packet devices, for example 3 (see FIG. 23) or, for example, 4 (see FIG. 21), may be present.
  • the entire stator is composed of two uniform stator / rotor core assemblies 10.2.
  • a closed injection channel 28 is formed at the abutment surface, which in each case establishes the connection from the injection point to the inner diameter to the winding grooves 16.
  • the entire package can be injected at approximately half the height of the injection channels 28.
  • the flow path divides into two
  • two stator / rotor packet devices 10 are stacked in the same direction, wherein the injection ports 28 are each provided in the lower edge region, so that the height Hl of the
  • Anspritzkanals 28 results.
  • two stator / rotor packet devices 10.1 are stacked in opposite directions to one another, so that an injection channel 28 with twice the height H2 results.
  • FIGS. 26 and 27 show the stator / rotor package device 10.2, as it is encapsulated with plastic after the encapsulation process.
  • the stator / rotor package device 10.2 shows the stator / rotor package device 10.2, as it is encapsulated with plastic after the encapsulation process.
  • the inner surface of the winding groove 16 with a thin plastic layer 30 are still more plastic parts 31st
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiment examples.
  • the number of pole shoes 14 or winding grooves 16 can vary.
  • injection molding channels 28 can be injection-molded along one or more injection channels along the stack height.
  • One of a total of three or four stacked stator / rotor core assemblies 10.2 ge formed stator / rotor device is already described above with reference to FIGS. 20 and 21.
  • Anspritzkanälen 28 move from the respective injection point starting two melt fronts to each other and encounter each other in the course. When the melt fronts meet, a weld line is formed which, as is known, has disadvantageous properties and is usually undesirable.
  • stator / rotor packet device 10.1, 10.2 can be used to connect the winding grooves 16 in cascade via the injection channels 28 in conjunction with the flow channels 26.1, 26.2 with an artificial core.
  • An exemplary embodiment of the cascade-shaped injection molding is shown by way of example on the stator / rotor device according to FIG. 33 in a first exemplary embodiment.
  • the stator / rotor V orides corresponds to the stator already described with reference to Fig. 21 / rotor assembly with four stacked stator / Rotorbeinrich- obligations 10.2.
  • the stator / rotor core assemblies 10.2 each have on the inside in the groove base of the winding groove 16 a respective injection channel 28, which is designated in FIG. 33 from top to bottom by the reference numerals 28A, 28B, 28C and 28D.
  • the injection ports 28 each open into a first flow channel 26.1, which is continuously present in the longitudinal direction.
  • a first flow channel 26. 1 is present.
  • the plastic layer 30 by injection molding over the injection channels 28 alone.
  • the injection process is started, for example, at the upper injection channel 28A.
  • the injection process at Anspritzkanal 28 B is also started or switched on.
  • the flow front of the plastic is further driven from here and flows in the course of the Anspritzkanal 28C, then the sautv he also sets molded plastic.
  • the same sequence takes place in the injection channel 28D. Due to the time-delayed opening of the injection channels 28A, 28B, 28C, 28D, depending on the progress of the melt front, the formation of the weld seam is largely avoided.
  • the injection channels 28 according to the invention - also in connection with the flow channels 26 - hereby easily open up the possibility of a cascade-shaped Anspritzbacters to avoid a disturbing Bindenaht Guess largely and thereby form a high-quality and functional Iso- lationsconcestoff für 30.
  • the flow direction that is, the source current direction of the melt front, schematically represented by the arrowhead Fl.
  • the process can be started at any desired injection channel 28 and the respective adjacent injection channels 28 can be connected at the respective time of the overflow.
  • This is exemplified in a second example Ausure tion shown in FIG. 34.
  • the injection process is started on the central injection channel 28C.
  • flow fronts are created in both directions, namely downwards (direction Fl) and upwards (direction F2).
  • direction Fl downwards
  • F2 upwards
  • the injection process is started at the respective injection port 28B, 28D and the melt stream is continued.
  • the cascade-type Anspritzbacter can be performed for example on one or more winding grooves by corresponding time-delayed injection of plastic channels on the Anspritzkanäle 28 through. Furthermore, the cascade-shaped Anspritzverfah ren can be carried out both on inner and on outer grooves of Stator- / Rotorpa ket Anlagenen. A conversion to a zelblechstapeln is easily possible. Furthermore, combined package stacks of different sheets can be easily implemented. In connection with the Anspritzkanälen or flow channels according to the invention can be encapsulated almost any geometric education from Stator- / Rotorken adopteden while avoiding Bindenaht Siegen in the winding groove with an insulating plastic layer.

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  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Eine Stator-/Rotor Vorrichtung für Elektomotoren mit zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtung /en (10.2), aus übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen (12), die eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung (U) in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungeinrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe (14) bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und jeweils zwischen den Polschuhen (14) Wickelnute (16) vorhanden sind, zumindest die Innenumfangskontur jeder Wickelnut (16) und die angrenzende Ober- und Unterseite der Polschuhe (14) eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht (18) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest eine Stator-/Rotorpaketeinrichtung (10) zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech /e (12) oder Pakete aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut (16) jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung (24) aufweist /aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal (28) bilden, der mit der Kavität der Kunststoffschicht beziehungsweise der Kunststoffschicht selbst direkt oder indirekt in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut (16) einspritzbar /eingespritzt ist.

Description

BESCHREIBUNG
Stator- /Rotorvorrichtung für Elektromotoren und Verfahren zur
Herstellung einer Kunststoffbeschichtung einer Stator-/
Rotorvorrichtung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stator- /Rotorvorrichtung für Elektromotoren mit mit zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator-/ Rotorpaketeinrichtung /en, wobei die Stator-/ Rotorpaketeinrichtung/ en jeweils als zu einer Drehachse rotations- symmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist/ sind mit jeweils übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen, die Einzelbleche eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprung- einrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und jeweils zwischen den Polschuhen Wickelnute vorhanden sind, zumindest die
Innenumfangskontur jeder Wickelnut und die angrenzende Ober- und Unterseite der Polschuhe eine elektrisch isolierende gespritzte
Kunststoffschicht aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffbeschichtung einer derartigen Stator-/Rotorvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Stator- /Rotor Vorrichtungen mit Stator- /Rotorpaketeinrichtungen beziehungsweise Segmenten von Elektromotorkompenten werden im Stand der Technik in einer Ausführungsvariante im Spritzgießver- fahren mit Kunststoff umspritzt. Die umspritzte Kunststoffschicht
1
Bestätigungskopie erfüllt dabei die Hauptanforderungen, die Isolation von strom- führenden Komponenten zu metallischen Bau- oder Gehäuseteilen zu gewährleisten. Zusätzlich können mit dem Spritzgießverfahren in der Formgebung Konturen erzeugt werden, die den späteren Herstellpro- zess des Motors unterstützen und wesentlich vereinfachen. Durch den Umspritzvorgang können daher später einzelne Montageschritte eingespart werden.
Ein derartiger Stator ist in den Figuren 30 bis 32 dargestellt. Die be- kannte Statorvorrichtung weist ein Paket 10 (Statorpaketeinrichtung) aus gestanzten oder gelaserten Einzelblechen 12 mit einer jeweils ent- sprechenden Kontur auf, die kongruent übereinander gestapelt und dann zusammengefügt werden. Die Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 ist als zu einer als Drehachse D rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet und besteht wie erwähnt aus übereinander kongru- ent gestapelten Einzelblechen 12. Die Einzelbleche 12 weisen eine rota- tionssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung U in ei- nem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungein- heiten auf, die die im übereinander gestapelten Zustand im
dargestellten Ausführungsbeispiel nach innen weisende Polschuhe 14 bilden, die nachfolgend von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind (in den Figuren 30 bis 32 nicht dargestellt). Jeweils zwischen den Polschuhen 14 sind Wickelnute 16 vorhanden, wobei im Endzustand unter anderem die Innenumfangskontur jeder Wickelnut 16 eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht 30 aus thermoplastischen oder duroplastischen Material aufweist (siehe Fig. 31). In einer alternativen nicht darges teilten Ausführungsform können die Polschuhe 14 auch nach außen weisen.
Diese Einzelbleche 12 werden in vielen Fällen aus Blechdicken von 0,12 bis 0,50 mm gefertigt, im Motorenbau finden in Abhängigkeit von der Motorengröße und Motorenart auch dickere Bleche Verwendung. Um die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu gewährleisten, stehen hierfür Bleche 12 aus speziellem Stahl-/ Eisenlegierungen mit be- stimmten elektromagnetischen Eigenschaften zur Verfügung. Die auf- gerollten Blechstreifen (Coils) mit entsprechender Dicke werden bei spielsweise durch ein Stanzwerkzeug geführt und dabei Einzelbleche 12 mit entsprechenden Konturen ausgestanzt. Es sind auch andere Her- stellverfahren wie beispielsweise Lasern oder dergleichen Schneidver- fahren bekannt.
In parallel dazu verlaufenden Prozessen werden diese ausgestanzten Einzelbleche 12 gestapelt und durch verschiedene mögliche Fügepro- zesse zu einem stabilen Paket 10 gefügt. Es ist jedoch auch möglich, dass lose gestapelte Einzelbleche 12 in der Weiterverarbeitung Anwen- dung finden. Bei der losen Weiterverarbeitung werden je nach ge- wünschter Pakethöhe eine bestimmte Anzahl Einzelbleche 12 (loser Stapel) abgegriffen und im nachfolgenden Prozess zu einem zusam menhängenden Körper gefügt.
Die Verarbeitung von Einzelblechstapeln macht insbesondere im Spritzgießverfahren Sinn, da erst der eingespritzte und bereits erstarrte Kunststoff dem Blechstapel eine starre Paketstruktur verleiht. Alternativ ist es auch bekannt, dass lose Blechstapel vor dem Umspritzen oft durch zusätzliche Arbeitsgänge zum Beispiel in verschiedenen
Verschweiß verfahren zu einem stabilen Körper gefügt werden.
Bevor die Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10 mit Kupferdraht bewi ckelt werden können, ist eine isolierende Schicht zwischen Kupferdraht und der blanken Metalloberfläche der Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10 erforderlich (die umwickelten Kupferdrähte sind in den Figuren 30 bis 32 nicht dargestellt).
Vor der Einführung der Kunststoffspritztechnologie wurden im
Rahmen der Elektromotorenfertigung anstelle der isolierenden Kunst stoffschicht isolierende papierartige Werkstoffe eingesetzt, die auch heute noch in technisch ausgereifter Form verwendet werden. Hierbei wird ein der Wickelnut angepasster und angeformter Konturabschnitt dieses Isolationspapiers in jede Wickelnut ein geschoben. Das Papier- material übernimmt die Aufgabe der Isolation in der Wickelnut auf der gesamten Pakethöhe. Dabei sind der Länge des Papierstreifens in der Herstellung theoretisch keine Grenze gesetzt. Das bedeutet, dass die Wickelnut eines extrem hohen Motors isoliert werden könnte. Die Ver- wendung von Isolationspapier eröffnet auch die Möglichkeit eine sehr geringe Isolationsdicke umzusetzen. Die Dicke der Isolationsschicht ist wesentlich, da je dünner die Isolationsschicht ausgebildet ist, desto mehr Kupferdrähte können umwickelt werden, um damit den Füllgrad und dadurch die Leistung des Motors zu erhöhen. Diese beiden we sentlichen Vorteile des Isolationspapiers stehen in starkem Wettbewerb zu anderen Herstellungs- oder Isolationsmethoden (zum Beispiel Pul- verbeschichtung). Häufig werden die Stirnflächen eines derartigen Pa- ketes oft mit spritzgegossenen Endscheiben aus Kunststoff abgedeckt. Danach erfolgt der eigentliche Wickel vor gang. Wie oben bereits ausge führt ist eine Hauptanforderung beim Herstellungsvorgang, eine wirt schaftlich umsetzbare elektrische Isolierung der Stator- /Rotorpaketein richtung. Dafür eignet sich auch ganz besonders das Spritzgießverfah ren. Der Kunststoff übernimmt die Funktion der Isolation des Pakets zur Wicklung oder anderen stromführenden Elementen in der Motor enbaugruppe. Speziell wirkt die Kunststoffschicht als Isolationsschicht zwischen der Metalloberfläche des Blechpakets und der eingebrachten Kupferwicklung der Stromleitern, die als Profile oder als Drähte, bei spielsweise aus Kupfer oder Aluminium oder anderen leitende Metalle, ausgebildet sein können.
Zusätzlich und als wesentlicher Vorteil gegenüber der Papierisolation mit Endscheibentechnik erfüllt der eingespritzte Kunststoff die Funkti on als Konstruktionswerkstoff für Funktions- oder Montageelemente am umspritzten Rohpaket. Sowohl die Isolation als auch die Funktions elemente werden beim Kunststoffspritzvorgang in einem Arbeitsgang angeformt. Der Anteil für nachfolgende Montagearbeiten reduziert sich dadurch maßgeblich, da die meisten isolierenden Elemente auch viele montageunterstützende Elemente in einem Arbeitsgang bereits mit an¬ geformt sind. Ein Ziel der Kunststoffspritztechnik ist dabei, dass insbesondere Nut- bereiche des Paketes, deren benachbarte Polschuhe nachfolgend mit Kupfer bewickelt werden, möglichst dünn mit Kunststoff ausgespritzt werden, um einen maximal großen Wickelraum für den Kupferdraht zu erreichen. Das bedeutet eine maximale Anzahl an Kupfer
windungen, die in den Wickelnuten untergebracht werden können, um die Effizienz und den Wirkungsgrad des Elektromotors zu erhöhen.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt der umspritzten Isolierschicht ist der bessere Wärmeübergang (der Verlustenergie) während des Motorbe- triebs vom Kupfer über den Kunststoff in das Paket, da kein Luftspalt zwischen Isolierung und Paketoberfläche vorhanden ist und zudem eine wärmeleitender Kunststoff eingesetzt werden kann.
In bekannter Art und Weise werden die Stator- /Rotorp aketein- richtungen oder Segmente der genannten Komponenten im Spritzgieß- verfahren hergestellt und in der Regel an einer Stirnseite des Pakets an- gespritzt. Diese Anspritzposition ergibt sich meist aus der Paketkontur und der Wandstärkengestaltung des Kunststoffes. Ein Grundsatz beim Spritzgießen ist, möglichst an Positionen mit großen Wandstärken an- zuspritzen. Diese sind vorrangig an den Stirnseiten des Statorpaketes zu finden.
Beim Herstellungsvorgang wird das Paket, welches auch Rohpaket ge- nannt wird, in das offene Spritzgießwerkzeug eingelegt, danach wird das Spritzgießwerkzeug geschlossen. Jetzt wird der bereits in der Spritzgießmaschine aufgeschmolzene Kunststoff durch einen oder mehrere Angußpunkte in die Formkavität eingespritzt und füllt die konturgebenden Hohlräume der Kavität, die dem gewünschten Kunst- stoffdesign des umspritzten Pakets entsprechen. Nach dem Erstarren und Abkühlen des Kunststoffes wird das fertige Paket entformt.
In der Spritzgießtechnik ist allgemein bekannt, dass der aufge schmolzene Kunststoff während des Einspritzvorgangs beziehungs- weise während seiner quellstromartigen Fortbewegung in der Kavität Wärme an die kalte Wand der Kavität abgibt. Dies hat weitreichende Nachteile zur Folge. Insbesondere Konturbereiche, wo die Schmelze steht und keine neue Schmelze beziehungsweise Wärme im Zentrum des Wandquerschnittes (plastische Seele) nachfließt, erstarrt die Schmelze über die Wandstärke noch schneller. Das bedeutet, dass die Schmelze auf ihrem Weg durch die Kavität zunehmend an Temperatur verliert und dadurch die die Viskosität der Schmelze gleichzeitig an steigt.
Nach einem bestimmten Fließweg beziehungsweise nach entsprechen- der Zeit kommt bei dem bekannten Verfahren der Schmelzstrom ins Stocken, da in Teilbereichen der Kavität bereits kritisch niedrige Schmelztemperaturen erreicht sind. Grundsätzlich ist die so genannte maximale Fließweglänge von mehreren Faktoren abhängig:
- Massetemperatur des Kunststoffs,
- Viskosität eines Kunststoffes,
- Füllstoffanteil und Füllstoffart des Kunststoffs,
- Kunststoffwandstärke entlang des Fließweges,
- Oberflächentemperaturen von Spritzgießwerkzeug und Paket/
Segment (Einlegeteil),
- verfügbarer Einspritzdruck der Spritzgießmaschine,
- Einspritzgeschwindigkeit und
- Wärmekapazität des Kunststoffes.
Die bekannte einseitige/ stirnseitige Anspritzung begrenzt die mögli- che umspritzbare Pakethöhe wesentlich. Um bisher positiven Einfluss auf eine maximale Fließweglänge zu nehmen, wurde im Wesentlichen mit den oben genannten Faktoren gearbeitet, die entsprechend auf die jeweils vorhandene Einspritzsituation in Bezug auf die Geometrie des Pakets abgestimmt worden ist.
In Hinblick auf den zunehmenden Anteil an Elektrofahrzeugen mit entsprechenden Leistungsanforderungen gewinnen zukünftig Elektro- motoren mit Pakethöhen von > 100 mm zunehmend an Bedeutung. Mit den bisher bekannten Möglichkeiten des Spritzgießens können Pakethöhen dieser Größenordnung bei gleichzeitig minimaler Wand- stärke im Wickelnutbereich kaum erreicht werden. Die Grenze dazu bildet im Wesentlichen die maximale Fließweglänge des Kunststoffes.
Um diese physikalische Grenze der maximalen Fließweglänge bei den bekannten Verfahren zu umgehen, wurden bisher verschiedene Vorge- hensweisen angewendet, um auch höhere Bauteile zu umspritzen, nämlich zum Beispiel Anspritzen von beiden Seiten des Paketes oder Anspritzen an mehreren Punkten entlang der Wickelnuten.
In den genannten Fällen entstehen an mehreren Positionen des Paketes Fließfronten, die sich je nach Position in verschiedene Richtungen aus breiten. Als Fließfront bezeichnet man die vorderste Position des sich ausbreitenden Quellstromes des Kunststoffes.
Im Verlauf des Einspritzvorgangs stoßen diese Schmelzefronten aufei- nander und verbinden sich mehr oder weniger gut miteinander, es ent stehen Bindenähte. Insbesondere in dünnwandigen Kunststoffberei- chen, wie beispielsweise der Wickelnut, ist die Bildung von Binde nähten als besonders kritisch anzusehen, da sich aufeinandertreffende Schmelzefronten kaum verbinden, da diese relativ kalt aufeinandertref- fen. Dies hat zur Folge, dass bei einer nachfolgenden durchzuführen den Isolationsprüfung diese Positionen sehr stark durchschlagsgefähr- det sind, da in diesem Bereich kein homogenes Kunststoffgefüge ent steht. In ungünstigen Fällen entstehen je nach Design des Kunststoffan teils durch ungünstiges Füllverhalten sogar Lufteinschlüsse. Luftein schlüsse sind Kunststoff- Fehlstellen durch eingeschlossene, extrem komprimierte Luft aus der Formkavität. Dadurch entstehen kleine Lö cher im Kunststoff. Bindenähte und Lufteinschlüsse sind im allgemei nen als Schwachstelle in der Spritzgießtechnik zu sehen. Gefügestruk turen und Faserorientierungen zeigen eine geringere Belastbarkeit. Bei mechanischer Beanspruchung zeigen sich Bindenähte oft als Soll bruchstelle, die die Funktion sehr stark beeinträchtigen oder zu einem Ausfall führen können. Bei elektrischer Belastung, beispielsweise im Rahmen von Hochspannungs- oder Durchschlagsprüfungen, gibt es daher bei den bekannten Kunststoff umspritzten Paketen ein punktuel- les Versagen der Isolationsschicht beziehungsweise der Kunststoff- wand. Darüber hinaus wirken sich die entstehenden Bindenähte und Lufteinschlüsse auch negativ auf die geforderte Materialdichtheit aus. Insoweit steht das Bestreben, im Rahmen der geforderten dünnwandi- gen Wickelnutbereichen derartige Bindenähte und Lufteinschlüsse aus isolationstechnischer Sicht absolut zu vermeiden.
In der industriellen Verarbeitung werden Blechpakete für Elektromoto- ren bei der Herstellung meist zu einteiligen Paketkörpern gefügt. Dabei werden die einzelnen Bleche durch spezielle Verbindungstechniken an- einander gefügt und zu einem zusammenhängenden Körper verarbei- tet. Als Verbindungstechniken werden zum Beispiel Stanzpaketieren, Laserschweißen sowie verschiedene Klebetechniken wie das Fügen durch Backlack oder Cyan-Acrylat-Klebstoffen eingesetzt.
Durch diese Fügeverfahren der Einzelbleche zu einem Paket entsteht ein mehr oder weniger großer Symmetriefehler, der sich als Drall, Ver- satz oder Schrägstand vom unteren zum oberen Blech hin entwickelt. Durch diesen Formfehler lassen sich hohe Pakete zunehmend nur schwierig oder gar nicht in ein symmetrisch korrektes Spritzgießwerk- zeug einlegen. Die Konturbereiche zur Aufnahme des Rohpaketes im Spritzgießwerkzeug lassen Symmetrieabweichungen von Paketen nur in begrenzter Größe zu. Durch die Steifigkeit des Paketes ist keine fle xible Anpassung an die formgebenden Kontur des Spritzgießwerkzeu- ges möglich, so dass es insbesondere beim Umspritzen hoher Statorpa- keten zu Schwierigkeiten kommen kann. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der
vorliegenden Erfindung das technische Problem beziehungsweise die Aufgabe zugrunde, eine Stator- /Rotorvorrichtung mit Stator- /Rotor paketeinrichtungen zur Herstellung von Elektromotoren zu
ermöglichen, die erlaubt, großen Pakethöhen im Spritzgießverfahren umspritzen zu können, wobei gleichzeitig die gestellten mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen Berücksichtigung finden, bei der die im Stand der Technik bekannte Bindenaht- und
Lufteinschlussproblematik weitestgehend vermieden werden kann, eine Verlängerung der Fließwege sowie eine wirtschaftliche
Herstellung ermöglicht wird und gleichzeitig eine dauerhaft
zuverlässige Funktion der Vorrichtung gewährleistet werden kann.
Die erfindungsgemäße Stator- /Rotor Vorrichtung für Elektromotoren ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der von dem unabhängigen Anspruch 1 direkt oder indirekt
abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Stator- /Rotorvorrichtung, die insbesondere bezüglich der möglichen Pakethöhe der zu umspritzenden Bauteile besonders vorteilhaft ist, zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass zumindest eine Stator- /Rotorpaketeinrichtung zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech /e oder Pakete aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung aufweist /aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal bilden, der mit der Kavität der
Kunststoffschicht bzw. der Kunststoffschicht selbst direkt oder indirekt in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut einspritzbar /eingespritzt ist. Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anspritzkanalausnehmung bei einem oder mehreren, übereinander angeordneten Einzelblech/ en vorhanden ist.
Die Anspritzkanalausnehmung kann in einer bevorzugten
Ausgestaltung jeweils gerade parallele Flanken aufweisen oder in einer alternativen Ausgestaltung konisch sich nach außen aufweitende oder verjüngende Flanken aufweisen.
Im Hinblick auf ein besonders vorteilhaftes, wirtschaftlich umsetzbares Spritzgießverfahren zeichnet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch aus, dass der Anspritzkanal im oberen und/ oder unteren Stirnrandbereich und /oder im mittleren Bereich der Stator-/
Rotorpaketeinrichtung vorhanden ist.
Zur Erzielung einer hohen Pakethöhe zeichnet sich eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch aus, dass die Stator- /Rotorvorrichtung mehrere aufeinander gestapelte, insbesondere gleich- oder
gegengestapelte, Stator- /Rotorpaketeinrichtungen aufweist, wobei sich eine alternative Ausgestaltung dadurch auszeichnet, dass bei übereinander gestapelten Stator- /Rotorpaketeinrichtungen ein oberer Anspritzkanal einer unteren Stator- /Rotorpaketeinrichtung kongruent zu einem unteren Anspritzkanal einer benachbarten oberen Stator- / Rotorpaketeinrichtung angeordnet ist.
Durch das übereinander Stapeln von mehreren, niederen Einzelpake ten zu einem hohen Gesamtpaket wird der Einfluss von Symmetriefeh lern (Drall, Versatz oder Schrägstand) gering gehalten, der im Ver gleich zu einem hohen einteiligen Paket entstehen würde.
Erfindungsgemäß sind die in das Spritzgießwerkzeug einzulegende Pakete je nach Geometrie auch durch Stapeln von Einzelblechen her stellbar. Dabei entsteht im Aufbau des Paketstapels kein Symmetriefeh ler, da sich jedes Einzelblech flexibel der Aufnahmekontur des Spritz gießwerkzeugs anpassen kann. Hohe Blechstapel können somit leichter ins Spritzgießwerkzeug eingelegt werden. Erfindungsgemäß kann je nach Schichtungskombination verschiedener Einzelbleche der Quer schnitt, die Position und die Anzahl der Anspritzkanalebenen flexibel gestaltet werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination von An- spritzkanal mit Fließkanal lassen sich optimale Umspritzungergebnisse erzielen.
Bei einer geraden Anzahl Paketstapel im Spritzgießwerkzeug teilt sich die Fließweglänge der Schmelze vom Anspritzpunkt aus gesehen in zwei nahezu gleichlange Strecken auf, da der Anspritzpunkt bezie- hungsweise die Anspritzpunkte über die vorhandenen Anspritzkanäle mittig am Gesamtpaket angeordnet werden kann.
Bei einer ungeraden Anzahl der Paketstapel sind die Fließwege in bei- de Richtungen ungleich lang verteilt. Im Vergleich zur einseitigen stirnseitigen Anspritzung sind die Fließwege dennoch wesentlich ver- kürzt. Die Fließweglängen müssen nicht gezwungenermaßen in beide Füllrichtungen gleich lang sein.
Mit der oben beschriebenen erfindungs gemäßen Stator- /Rotorvor richtung wird eine Lösung zur Verfügung gestellt, die dünne
Wandstärken der Kunststoffumspritzungsschicht und gleichzeitig große Fließwege und damit große Pakethöhen ermöglicht. Dabei werden erfindungsgemäß folgende wesentliche Merkmale eingesetzt:
Durch die Fließkanalausnehmung und der dadurch ausgebildete (linienförmige) Fließkanal als bereichsweise Aufdickung der
Wandstärke der Kunststoffschicht, insbesondere im Nutgrund, lassen sich sowohl bei einer Außenanspritzung als auch bei einer Innen- anspritzung Spritzergebnisse erzielen, bei denen ein Aufeinander treffen der Fließfronten weitestgehend vermieden wird und dadurch Lufteinschlüsse vermieden werden. Somit ist die Bindenaht- und Lufteinschlussproblematik weitestgehend ausgeschlossen. Durch das in Kombination mit der Ausbildung von Anschlusskanal- ausnehmungen beziehungsweise Anspritzkanälen, die mit dem
Fließkanal in Kommunikationsverbindung stehen, zu sehende
Merkmal der Ausbildung von Fließkanälen, kann eine sehr große Höhe im Rahmen der zu umspritzenden Konturen durch übereinander Stapeln von Paketen problemlos umgesetzt werden und ein
Kunststoffumspritzungsergebnis von hoher Qualität erzeugt werden.
Erfindungsgemäß werden hierbei bevorzugt folgende Maßnahmen durchgeführt. Die Rotor- /Statorpaketeinrichtung wird in einem
Bereich, beispielsweise im Nutgrund, mit einem Fließkanal, gebildet durch die Fließkanalausnehmungen, die bei jedem Einzelblech vorhanden sind und durch kongruentes übereinander Anordnen den Fließkanals bilden, versehen. Dabei wird in einfacher Art und Weise der Fließkanal durch eine muldenartige Vertiefung im Blechpakte ausgebildet. Damit entsteht ein Kanal mit vergrößertem Querschnitt der Wandstärke. Dieser Kanal verläuft entlang der gewünschten Füll- richtung des Kunststoffes.
Während des Einspritz Vorgangs unterstützt dieser Fließkanal das Füllen der Kavität beziehungsweise verbessert das Füllverhalten maß- geblich. Der Kanal kann in einer, mehreren oder allen Wickelnuten ein- gebracht sein. Somit begünstigt der Fließkanal eine bessere Füllbarkeit der Stator- /Rotorpaketeinrichtung durch die in Füllrichtung verlaufen de Querschnittsvergrößerung. Durch den aufgedickten Wandstärken- bereich entlang des Fließweges im Fließkanal reduziert sich der Druck- verlust durch reduzierte Fließweglänge mit geringer Wandstärke, da die Kunststoffmasse entlang des Fließkanals in die entsprechende Wandung austreten kann. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:
Es kann ein höheres Paket als bisher umspritzt werden, da größere Fließweglängen möglich sind, ohne das die Qualität der Kunststoffum- spritzung darunter leidet. Gleichzeitig sind dünnere Kunststoffwand- stärken im Wicklungshauptbereich umsetzbar. Ebenso sind reduzierte Spritzdrücke möglich. Auf das Vorwärmen von Paketen kann gegebe- nenfalls verzichtet werden. Grundsätzlich kann das Füllverhalten ge- zielt durch die erfinderischen Merkmale beeinflusst werden. Gleichzei- tig wird durch die dar gestellten Merkmale ein länger wirkender Nach- druck am Fließwegende ermöglicht, der die Qualität der Kunststoffum- spritzungsschicht deutlich verbessert, da bei entsprechender
Gestaltung keine Kunststofffronten aufeinander treffen oder Luftein schlüsse zu befürchten sind. Die Anordnung des Fließkanal unterstützt möglicherweise gleichzeitig die magnetische Poltrennung.
Die erfindungsgemäße Stator- /Rotorvorrichtung zeichnet sich gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dadurch aus, dass jedes Einzelblech an der Innenkontur zumindest einer Wickelnut,
insbesondere mehrerer oder aller, zumindest eine zur Innenseite der Wickelnut hin offene Fließkanalausnehmung aufweist, so dass im gestapelten Zustand der Einzelbleche ein in Längsrichtung der Stator-/ Rotorpaketeinrichtung verlaufender durchgehender Fließkanal in der Wickelnut vorhanden ist, der mit der Kunststoffschicht in
Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht an der Innenwandung der Wickelnut einspritzbar ist.
Die Kombination von einem oder mehreren Anspritzkanälen mit einem oder mehreren Fließkanälen ist im Sinne der Lösung der Aufgabe in dieser Kombinationsariante besonders vorteilhaft.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die die magnetischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Stator- /Rotorvorrichtung nur minimal beeinflusst, zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließkanal- ausnehmung jeweils eine konkave Umfangskontur oder polygonartige Umfangskontur oder gerundete, insbesondere teilkreisförmige
Umfangskontur, aufweist.
Bevorzugt beträgt die maximale Tiefe der Fließkanalausnehmung ein ein- oder mehrfaches der Dicke der Kunststoffschicht. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, die die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung nur minimal beeinflusst, zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließkanalausnehmung beziehungsweise der Fließkanal an einem definierten Teil der Innenkontur der Wickelnut, beispielsweise bevorzugt im Nutgrund der Wickelnut, angeordnet ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung, die eine wirtschaftliche Herstellung mit hoher Prozesssicherheit gewährleistet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Kunststoffschicht aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff besteht.
Eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung einer Kunststoffbeschichtung einer Stator- /Rotor- vorrichtung nach Anspruch 1, zeichnet sich dadurch aus, dass nach Einbringung der Einzelbleche oder Einzelblechpakete in ein
Spritzgießwerkzeug der Kunststoff über die Anspritzkanäle eingespritzt wird.
Eine zweite erfindungsgemäße Verfahrensvariante zur Herstellung einer Kunststoffbeschichtung einer Stator- /Rotor Vorrichtung nach Anspruch 8, zeichnet sich dadurch aus, dass nach Einbringung der Einzelbleche oder Einzelblechpakete in ein Spritzgießwerkzeug der Kunststoff über die Anspritzkanäle und die an die Anspritzkanäle anschließenden Fließkanäle eingespritzt wird.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter- bildungen derselben werden im Folgenden anhand der in der
Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Perspektivdarstellung einer Stator- /Rotor
paketeinrichtung mit nach innen gerichteten Polschuhen und nach innen offenen Wickelnutausnehmungen mit jeweils einem Fließkanal im Nutgrund der Wickelnut,
Fig. 2 schematische Perspektivdetaildarstellung eines Ausschnitts des Pakets gemäß Fig. 1 mit zwei Polschuhen und einer Wickelnut mit Fließkanal,
Fig. 3 schematische Draufsicht auf eine Stator- /Rotorpaket
einrichtung mit nach außen gerichteten Polschuhen und nach außen offenen Wickelnutausnehmungen mit jeweils einem Fließkanal im Nutgrund der Wickelnut, wobei zusätzlich oberseitig jeweils ein Anspritzkanal vorhanden ist, der mit dem jeweiligen Fließkanal in Kommunikations- Verbindung steht,
Fig. 4 schematische Perspektivansicht der Stator- /Rotorpaket- einrichtung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 schematische Draufsicht auf ein Detail der Stator- /Rotor paketeinrichtung gemäß Fig. 3 mit Ausbildung eines Anspritzkanals im Nutgrund der Wickelnut,
Fig. 6 schematische Perspektivdarstellung des Details gemäß Fig. 5, Fig. 7 schematische Perspektivdarstellung in Seitenansicht des Details gemäß Fig. 6,
Fig. 8 schematische Draufsicht auf ein Detail der Stator-/ Rotor- paketeinrichtung gemäß Fig. 3 mit Ausbildung eines Fließkanals im Nutgrund der Wickelnut,
Fig. 9 schematische Perspektivdarstellung des Details gemäß Fig. 8,
Fig. 10 schematische Detaildraufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Stator- /Rotorpaketeinrichtung mit Anspritzkanal- ausnehmung und umspritzter Kunststoffschicht,
Fig. 11 schematische Detaildraufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Stator- /Rotorpaketeinrichtung mit Ausbildung eines Fließkanals mit umspritzter Kunststoffschicht,
Fig. 12 schematische Detailperspektive einer Stator-/Rotorpaket- einrichtung in Kombination von Fließkanal und
Anspritzkanal,
Fig. 13 schematische Detailperspektive eine Stator- /Rotorpaket- einrichtung in Kombination von Fließkanal und
Anspritzkanal gemäß Fig. 12 in einer anderen
Perspektivrichtung,
Fig. 14 schematische Draufsicht auf die Stator-/ Rotorpaket
einrichtung gemäß Fig. 3 mit dargestellter Angußkanal- düseneinrichtung, wobei beispielhaft in einer Nut ein Formkern angeordnet ist,
Fig. 15 schematische Draufsicht gemäß Fig. 14 bei entferntem
Formkern und dargestellter Kunststoffumspritzungsschicht in einer Nut, Fig. 16 Perspektivdarstellung zwei aufeinander gestapelter Stator-/ Rotorpaketeinrichtungen mit einer Kunststoffeinspritz- vorrichtung mit Düsen, die über einen Anspritzkanal mit anschließendem Fließkanal beaufschlagt werden, im aufgeschnittenen Zustand,
Fig. 17 perspektivische Darstellung der zwei Stator- /Rotorpaket einrichtungen gemäß Fig. 16,
Fig. 18 perspektivische Darstellung der Stator- /Rotorpaket- einrichtungen gemäß Fig. 17 bei entfernter oberer Stator-/ Rotorpaketeinrichtung,
Fig. 19 weitere perspektivische Darstellung der Stator- /Rotor- paketeinrichtung gemäß Fig. 17 in einer seitlichen Ansicht,
Fig. 20 perspektivische Darstellung von drei aufeinander
gestapelten Stator- /Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritzkanal und Fließkanal,
Fig. 21 schematische Perspektivdarstellung von vier übereinander gestapelten Stator-/ Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritzkanal und Fließkanal,
Fig. 22 schematische Perspektivdarstellung von zwei übereinander gestapelten Stator- / Rot orpaketeinrichtungen, wobei jedes Paket unterseitig einen außenseitigen Angusskanal für jede Nut aufweist, die mit einem Fließkanal in Kommunikations verbindung steht,
Fig. 23 schematische Ansicht der Stator- /Rotorpaketeinrichtung gemäß Fig. 22 im Bereich des Anspritzkanals,
Fig. 24 schematische Perspektivdarstellung von zwei übereinander gestapelten Stator- /Rotorpaketeinrichtungen, wobei das untere Paket um 180° gedreht ist, so dass ein vergrößerter außenseitiger Anspritzkanal vorhanden ist,
Fig. 25 schematische Ansicht der Stator- /Rotorpaketeinrichtung gemäß Fig. 24 im Bereich des Anspritzkanals,
Fig. 26 schematische Perspektivdarstellung der Stator-/ Rotor- paketeinrichtung gemäß Fig. 22 mit angespritzten Kunststoffkonturen beziehungsweise weiteren
Kunststoffkonturelementen und Darstellung der Anspritzpunkte an dem jeweiligen Anspritzkanal in strichpunktierter Kennzeichnung,
Fig. 27 schematische Perspektivdarstellung der Stator- /Rotor- paketeinrichtung gemäß Fig. 24 mit angespritzten Kunst stoffschichten beziehungsweise weiteren Kunststoffschicht elementen und Darstellung der Anspritzpunkte an dem jeweiligen Anspritzkanal in strichpunktierter
Kennzeichnung,
Fig. 28 schematische Detailperspektive der Positionierung des
Angusskanals für das Kunststoffmaterial, an dem Kunststoffmaterial in den Fließkanal eingespritzt wird, im Bereich einer Wickelmut mit angespritztem
Kunststoffmaterial,
Fig. 29 schematische Draufsicht auf die Stator- /Rotorpaket
einrichtung gemäß Fig. 28 mit Angußposition,
Fig. 30 schematische Perspektivdarstellung einer Stator- /Rotor paketeinrichtung bestehend aus übereinander gestapelten Einzelblechen mit nach innen weisenden Polschuhen und Nuten gemäß dem Stand der Technik, Fig. 31 schematische Detail draufsicht auf die Stator- / Rotorpaket - einrichtung gemäß Fig. 30 mit zwei Polschuhen und dazwischen angeordneter Nut mit kunststoffumspritzter Nut,
Fig. 32 schematische Detailperspektivdarstellung der Kunststoff - umspritzung bei stirnseitig oberen Anspritzpunkt mit schematisierter Darstellung des Fließverlaufs,
Fig. 33 schematische Perspektivdarstellung einer Stator- /Rotor- vorrichtung mit vier übereinander gestapelten Stator-/ Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritz- und Fließkanälen mit Darstellung der Fließrichtung der Schmelzefront bei kaskadenförmigen Anspritzen beginnend am oberen Anspritzkanal und
Fig. 34 schematische Perspektivdarstellung einer Stator- /Rotor- vorrichtung mit vier übereinander gestapelten Stator-/ Rotorpaketeinrichtungen mit Anspritz- und Fließkanälen mit Darstellung der Fließrichtung der Schmelzefront bei kaskadenförmigen Anspritzen beginnend am mittleren Anspritzkanal.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
In den Figuren 30, 31 und 32 ist eine Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10 dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und in der Beschreibungseinleitung bereits beschrieben ist. Durch die in
Umfangsrichtung U in einem vorgegebenen Raster angeordneten, nach innen weisenden Polschuhen 14 werden zwischen den Polschuhen 14 vorhandene Wickelnute 16 gebildet. Die Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10 wird mit elektrisch isolierendem Kunststoff umspritzt. Hierzu werden in jede Nut 16 Formkerne eingebracht, die so ausgebildet sind, dass nach dem Kunststoffspritzvorgang die Innenwandungen der Wickelnute 30 von einer dünnen elektrisch isolierenden Kunst- stoffschicht 30 (siehe Fig. 31) umgeben sind. In Fig. 32 ist stark schematisiert in einer Detailperspektive das Fließverhalten des
Kunststoffs bereichsweise dargestellt. Überlicherweise erfolgt eine einseitige, stirnseitige Anspritzung über den Anspritzpunkt A von oben her. Das Fließverhalten des Kunststoffs ist in Fig. 32 mit Pfeil F und gestrichelten Linien dargestellt. Es ergibt sich ein relativ langer
Fließweg und ein hoher Druckverlust, wodurch die Fließweglänge eingeschränkt ist und der Höhe der zu umspritzenden Stator-/
Rotorpaketeinrichtung 10 Grenzen gesetzt sind. Nachdem die Stator-/ Rotorpaketeinrichtung 10 mit Kunststoff umspritzt worden ist, werden die Polschuhe 14 beispielsweise mit Kupferdraht umwickelt, wobei die umwickelten Kupferdrähte in den Figuren 30, 31 und 32 nicht dargestellt sind.
In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Stator-/ Rotorpaketeinrichtung 10.1 dargestellt, die von ihrer Geometrie im Wesentlichen der Geometrie der Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10 gemäß Fig. 30 entspricht. Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass im Nutgrund jeder Wickelnut 16 an jedem Einzelblech 12 eine in das Nutinnere offene Fließkanalausnehmung 22 vorhanden ist, wobei die Fließkanalausnehmung 22 jedes Einzelbleches 12 in Längs richtung L kongruent übereinander angeordnet sind, so dass in
Längsrichtung L ein Fließkanal 26 gebildet wird. Die Stator- /Rotor paketeinrichtung 10.1 wird somit in einem definierten Bereich, nämlich dem Nutgrund der Wickelnut 16, mit einem Fließkanal 26 versehen, der durch eine muldenartige Vertiefung (Fließkanalausnehmung 22) in jedem Einzelblech 12 des Blechpakets gebildet wird. Dadurch entsteht ein Fließkanal 26 mit vergrößertem Querschnitt der Wandstärke. Dieser Fließkanal 26 verläuft entlang der Füllrichtung des Kunststoffs.
Während des Einspritzvorgangs unterstützt dieser Fließkanal 26 das Füllen der Kapazität beziehungsweise verbessert das Füllverhalten.
Im Ausführungsbeispiel ist in jeder Wickelnut 16 ein Fließkanal 26 vorhanden. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es kann ein Fließkanal 26 beispielsweise in einer, in mehreren oder wie dargestellt in allen Wickelnuten 16 vorhanden sein. Der Fließkanal 26 begünstigt eine bessere Füllbarkeit des Statorpakets durch die in Füllrichtung verlaufende Querschnittsvergrößerung. Durch den aufgedickten Wandstärkenbereich entlang des Fließweges ist der Druckverlust geringer und es lassen sich größere Fließweglängen mit geringerer Wandstärke der Kunststoffschicht erzielen.
In den Figuren 8 und 9 ist der durch die Fließkanalausnehmung 22 der Einzelbleche gebildete Fließkanal 26 im Detail dargestellt.
Die Fig. 11 zeigt im Detail in einer Draufsicht eine mit einer dünnen, isolierenden Kunststoffschicht 30 versehene Innenoberfläche einer Wickelnut 16 mit Fließkanal 26.
In den Figuren 28 und 29 ist stark schematisiert in einer Detail perspektive der Bereich einer Wickelnut 16 dargestellt mit
entsprechender Positionierung einer Einspritzdüse 32 für den
Kunststoff. Die Wickelnut 16 ist bereits mit einer Kunststoff Schicht 30 umspritzt und weitere angespritzte Kunststoffbereiche 31 sind schematisch dargestellt.
In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt, das sich von der Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.1 gemäß Fig. 1 und 2 dadurch unter scheidet, dass die Polschuhe 14 nach außen weisen und die zwischen den Polschuhen 14 vorhandenen Wickelnute 16 nach außen hin offen sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Nutgrund jeder Wickelnut 16 ein in Längsrichtung L verlaufender nach außen offener Fließkanal 26 vorhanden, der durch kongruent übereinander angeordnete Fließkanalausnehmungen 22 der Einzelbleche 12 gebildet wird.
Die Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.2 unterscheidet sich von der Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.1 gemäß Fig. 1 und 2 weiterhin dadurch, dass im oberen Endbereich der Stator- /Rotorpaket- einrichtung 10 im Bereich des Nutgrunds jeder Wickelnut 16 zumindest ein oder mehrere Einzelblech/ e 12 eine von innen nach außen durchgehende Anspritzkanalausnehmung 24 aufweisen, die kongruent übereinander angeordnet sind, so dass ein in radialer Richtung R verlaufender Anspritzkanal 28 gebildet wird, der gemäß dem
Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 jeweils in den Fließkanal 26 mündet.
Der Anspritzkanal 28 als Einzelmerkmal ist in den Figuren 5 und 6 schematisch im Detail im Bereich einer Wickelnut 16 dargestellt. Die Höhe des Anspritzkanals 28 in Längsrichtung L wird durch die Anzahl der Anspritzkanalausnehmungen 24 der Einzelbleche 12 bestimmt.
Der Anspritzkanal/ die Anspritzkanäle 28 allein für sich ist/ sind ein erfindungswesentliches Merkmal und kann auch erfindungswesentlich ohne zugehörigen Fließkanal /Fließkanäle 26 vorhanden sein, da dadurch eine Fließwegverkürzung des einzuspritzenden Kunststoffs erreicht werden kann, was große Umspritzungshöhen der Statorpakete ohne Qualitätsverlust ermöglicht.
So ist in Fig. 7 dargestellt, dass der Anspritzkanal 28 durch die
Anspritzkanalausnehmungen 24 von 7 im Endbereich übereinander angeordneten Einzelblechen 12 gebildet wird. Der Kanalquerschnitt wird somit durch die Anzahl der Bleche 12 und die Breite der
Anspritzkanalausnehmung 24 in Umfangsrichtung bestimmt.
In Fig. 10 ist in einer Detaildraufsicht eine Wickelnut 16 mit einer an die Innenoberfläche der Wickelnut angespritzten dünnen, elektrisch isolierenden Kunststoffschicht 30 im Bereich des Anspritzskanals 28 schematisch dargestellt.
Die Figuren 12 und 13 zeigen in einer Detailperspektive die
Kombination eines Anspritzkanals 28, der in einen Fließkanal 26 mündet im Bereich einer Wickelnut. In Fig. 14 ist schematisch in einer Draufsicht der Zustand vor dem Einspritzen des Kunststoffs bei einer Stator-/Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt. Von innen her sind an jedem Anspritzkanal 28
Einspritzdüsen 32 angeschlossen, die sternförmig verlaufend in einen zentralen Einspritzkanal münden können. In einer Wickelnut 16 ist beispielhaft ein eingeführter Formkern 40 dargestellt, der die
Innenbeschichtung der Innenoberfläche der Nut 16 gewährleistet. Über den jeweiligen Anspritzkanal 28 wird das Kunststoffmaterial durch die Einspritzdüse in die Kavität eingespritzt und verteilt sich sowohl in seitlicher Richtung (Pfeil F in Fig. 14) und gleichzeitig in Längsrichtung entlang des Fließkanals 26, der entlang der Füllrichtung des
Kunststoffes verläuft und somit durch seinen größeren Querschnitt das Füllverhalten verbessert. Das Ergebnis des Kunststoffspritzvorgangs ist in Fig. 15 schematisch dargestellt, in der die umspritzte Kunststoff schicht 30 in einer Wickelnut 16 dargestellt ist.
Durch das Kanalverteilersystem wird jede Wickelnut 16 am Fließkanal 26 beispielsweise über einen Tunnelanschnitt angespritzt. Die Schmelze wird über den Anspritzkanal 28 zur Wickelnut 16 geführt und verteilt sich im Wickelbereich gleichmäßig in alle Richtungen. Bei
entsprechender Gestaltung der Wandstärken ist ein nahezu bindenaht freies Befüllen der Wickelnut möglich.
Besonders große Höhen eines Stators sind dadurch möglich, dass der Stator aus zwei übereinander gestapelten Stator- /Rotorpaket- einrichtung 10.2 oder 10.1 sich zusammensetzt siehe beispielsweise die Figuren 17, 18, 19, 22, 24, 26 und 27. Es können auch mehr als zwei Stator- /Rotorpaketeinrichtungen beispielsweise 3 (siehe Fig. 23) oder beispielsweise 4 (siehe Fig. 21) vorhanden sein.
Gemäß Fig. 17 setzt sich der gesamte Stator aus zwei gleichförmigen Stator- /Rotorpaketeinrichtungen 10.2 zusammen. An einer Stirnseite einer Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.2 sind die Anspritzkanäle 28 im Nutgrund der Nute 16 vorhanden, so dass zu jeder Wickelnut 16 je weils eine kanalförmige Vertiefung gegeben ist, die jeweils in den Fließkanal 26 mündet. Durch das Stapeln von mindestens zwei Stator-/ Rotorpaketeinrichtungen 10.2 entsteht an der Stoßfläche ein ge- schlossener Anspritzkanal 28, der jeweils die Verbindung vom An- spritzpunkt zum Innendurchmesser zu den Wickelnuten 16 herstellt.
Durch das Stapeln von zwei Stator-/Rotorpaketeinrichtungen 10.2 kann das Gesamtpaket auf etwa halber Höhe an den Anspritzkanälen 28 angespritzt werden. Der Fließweg teilt sich dabei in zwei
Richtungen auf. In Kombination mit dem Fließkanal 26 entlang der Wickelnut 16 ist daher ein doppelt so hohes Paket befüllbar als dies bei stirnseitig einseitiger Anspritzung wie im Stand der Technik gegeben ist. Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 14 bis 21 werden die Angußkanäle von innen zugeführt. In den Figuren 22 bis 27 ist dargestellt, wie bei übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaket- einrichtungen 10.1 der Angußkanal von außen zuführbar ist.
In Fig. 22 sind zwei Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10 gleichsinnig aufeinander gestapelt, wobei die Anspritzkanäle 28 jeweils im unteren Randbereich vorhanden sind, so dass sich die Höhe Hl des
Anspritzkanals 28 ergibt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 24 sind zwei Stator- /Rotorpaketeinrichtungen 10.1 gegensinnig aufeinander gestapelt, so dass sich ein Anspritzkanal 28 mit doppelter Höhe H2 ergibt.
In den Figuren 26 und 27, die der Darstellung der Fig. 22 beziehungs weise 24 entspricht, sind die Anspritzpunkte an den Anspritzkanälen 28 durch strichpunktierte Linien angedeutet. Des Weiteren ist in Fig. 26 und 27 die Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.2 dargestellt, wie sie nach dem Umspritzungsvorgang mit Kunststoff umspritzt ist. Neben der Umspritzung der Innenoberfläche der Wickelnute 16 mit einer dünnen Kunststoffschicht 30 werden noch weitere Kunststoffteile 31
angespritzt, die bezüglich weiterer Montageschritte erforderlich sind beziehungsweise diese erleichtern. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs beispiele beschränkt. Insbesondere kann die Anzahl Polschuhe 14 beziehungsweise Wickelnute 16 variieren.
Ein wesentliches vorteilhaftes Merkmal besteht darin, dass die
Einzelbleche 12 Anspritzkanalausnehmungen 24 aufweisen, so dass zumindest ein Anspritzkanal 28 ausbildbar ist, der in einen Fließkanal 26 münden kann aber nicht muss, wodurch die Fließwege verkürzbar sind und Pakete mit großer Höhe wesentlich einfacher umgespritzt werden können.
Weitere Vorteile lassen sich damit erzielen, dass an einer, an mehreren oder an allen Wickelnuten 16 ein in das Innere der Wickelnut 16 offene Fließkanal 26 angeformt ist, der beim Kunststoffspritzvorgang zusammen mit dem in der Wickelnut 16 während des Spritzvorgangs vorhandenen Formkern eine dünnwandige auszuspritzende Kavität mit dem Fließkanal 26 bildet. Erfinderisch wesentlich ist somit auch eine Kombination von Anspritzkanal mit Fließkanal.
Beim Spritzgießen von gestapelten Stator- /Rotorpaketeinrichtungen 10.1, 10.2 kann entlang der Stapelhöhe an einem oder mehreren An- spritzkanälen 28 angespritzt werden. Eine aus insgesamt drei oder vier übereinander gestapelter Stator- /Rotorpaketeinrichtungen 10.2 ge bildete Stator- /Rotor Vorrichtung ist bereits oben anhand der Fig. 20 und 21 beschrieben. Bei zeitgleichem Anspritzen von mindestens zwei oder mehreren Anspritzkanälen 28 bewegen sich vom jeweiligen Anspritzpunkt ausgehend zwei Schmelzefronten aufeinander zu und stoßen im weiteren Verlauf aufeinander. Beim Aufeinandertreffen der Schmelzefronten entsteht eine Bindenaht, die bekannterweise nachteilige Eigenschaften aufweist und meist unerwünscht ist.
Um diese negative Eigenschaft von Bindenähten zu vermeiden, kann die erfindungsgemäße Stator- /Rotorpaketeinrichtung 10.1, 10.2 genutzt werden, um die Wickelnuten 16 kaskadenförmig über die Anspritzka näle 28 in Verbindung mit den Fließkanälen 26.1, 26.2 mit einer Kunst- stoffschicht 30 zu umspritzen beziehungsweise zu füllen. Ein Ausführungsbeispiel für das kaskadenförmige Anspritzen ist beispielhaft an der Stator- /Rotor Vorrichtung gemäß Fig. 33 in einem ersten Aus- führungsbeispiel dargestellt. Die Stator- /Rotor Vorrichtung entspricht der bereits anhand von Fig. 21 beschriebenen Stator- /Rotorvorrichtung mit insgesamt vier aufeinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrich- tungen 10.2. Die Stator- /Rotorpaketeinrichtungen 10.2 weisen innen- seitig im Nutgrund der Wickelnut 16 jeweils einen Anspritzkanal 28 auf, der in Fig. 33 von oben nach unten mit den Bezugszeichen 28A, 28B, 28C und 28D bezeichnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel münden die Anspritzkanäle 28 jeweils in einen ersten Fließkanal 26.1, der in Längsrichtung durchgehend vorhanden ist. Es ist jedoch zur Durchführung des Verfahrens nicht zwingend erforderlich, dass ein erster Fließkanal 26.1 vorhanden ist. Es ist auch möglich, die Kunst- stoffschicht 30 allein durch das Anspritzen über die Anspritzkanäle 28 herzustellen. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 33 eines kaskadenförmigen Anspritzverfahrens wird der Einspritzvorgang bei- spielsweise am oberen Anspritzkanal 28A gestartet. Die Kunststoff- schmelze breitet sich quellstromartig (Pfeile Fl) in alle kontur ebenden Bereiche aus und fließt nach Sekundenbruchteilen auch über den in Längsrichtung darunter angeordneten Anspritzkanal 28B. In diesem Moment wird der Einspritzvorgang am Anspritzkanal 28B auch gestar- tet beziehungsweise dazugeschaltet. Die Fließfront des Kunststoffs wird dabei von hier ausgehend weitergetrieben und überströmt im weiteren Verlauf den Anspritzkanal 28C, über den dann zweitv er setzt ebenfalls Kunststoff angespritzt wird. Der gleiche Ablauf erfolgt bei dem Anspritzkanal 28D. Durch das zeitversetzte Öffnen der Anspritz- kanäle 28A, 28B, 28C, 28D je nach Fortschritt der Schmelzefront wird die Bindenahtbildung weitgehend vermieden. Die erfindungsgemäßen Anspritzkanäle 28 - auch in Verbindung mit den Fließkanälen 26 - eröffnen hiermit problemlos die Möglichkeit eines kaskadenförmigen Anspritzverfahrens um eine störende Bindenahtbildung weitgehend zu vermeinden und dadurch eine hochwertige und funktionsgerechte Iso- lationskunststoffschicht 30 auszubilden. In Fig. 33 ist die Fließrichtung, das heißt die Quellstromrichtung der Schmelzefront, mit dem Pfeil- spitzen Fl schematisch dargestellt.
Es ist nicht zwingend notwendig, den Einspritzvorgang am oberen An- spritzkanal 28A zu starten. Der Prozess kann an jedem beliebigen An spritzkanal 28 gestartet werden und die jeweilig benachbarten An- spritzkanäle 28 können zum jeweiligen Zeitpunkt des Überströmens dazugeschaltet werden. Dies ist beispielhaft in einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 34 dargestellt. Es wird der Einspritzvorgang am mittleren Anspritzkanal 28C gestartet. In diesem Fall entstehen Fließfronten in beide Richtungen, nämlich nach unten (Richtung Fl) und nach oben (Richtung F2). Sobald die Fließfronten den Anspritzka nal 28B beziehunsgweise den Anspritzkanal 28D erreicht haben, wer den die genannten Anspritzkanäle 28B und 28D dazu geschaltet, das heißt der Anspritzvorgang wird an dem jeweiligen Anspritzkanal 28B, 28D gestartet und der Schmelzestrom weitergeführt.
Das kaskadenförmige Anspritzverfahren kann beispielsweise an einer oder an mehreren Wickelnuten durch entsprechendes zeitversetztes Einspritzen von Kunststoffkanälen über die Anspritzkanäle 28 durch geführt werden. Weiterhin kann das kaskadenförmige Anspritzverfah ren sowohl an Innen- als auch an Außennuten von Stator- /Rotorpa keteinrichtungen durchgeführt werden. Auch eine Umsetzung an Ein zelblechstapeln ist problemlos möglich. Des Weiteren können kombi nierte Paketstapel aus verschiedenen Blechen problemlos umgesetzt werden. In Verbindung mit den erfindungsgemäßen Anspritzkanälen beziehungsweise Fließkanälen können nahezu jede geometrische Aus bildung von Stator- /Rotorpaketeinrichtungen unter Vermeidung von Bindenahtbildungen im Bereich der Wickelnute mit einer isolierenden Kunststoffschicht umspritzt werden.

Claims

ANSPRÜCHE
01. Stator- /Rotorvorrichtung für Elektomotoren mit
- zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator-/ Rotorpaketeinrichtung /en (10.1, 10.2), wobei
- - die Stator- /Rotorpaketeinrichtungen (10.1, 10.2) jeweils als zu einer Drehachse (D) rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist/ sind mit jeweils übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen (12),
- - die Einzelbleche (12) eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung (U) in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungeinrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe (14) bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und
- - jeweils zwischen den Polschuhen (14) Wickelnute (16) vorhanden sind,
- - zumindest die Innenumfangskontur jeder Wickelnut (16) und die angrenzende Ober- und Unterseite der Polschuhe (14) eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht (18) aufweist,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest eine Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech/e (12) oder Pakete aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut (16) jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung (24) aufweist/ aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal (28) bilden, der mit der Kavität der Kunststoffschicht (30) beziehungs- weise der Kunststoffschicht (30) selbst direkt oder indirekt in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunst stoff zum Herstellen der Kunststoffschicht (30) an der Innen- wandung der Wickelnut (16) einspritzbar/ eingespritzt ist.
02. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anspritzkanalausnehmung (24) bei einem oder mehreren übereinander angeordneten Einzelblechen (12) vorhanden ist.
03. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Einspritzkanalausnehmung (24) jeweils gerade parallele Flanken aufweist.
04. Stator-/Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anspritzkanalausnehmung (24) konisch sich nach außen aufweitende Flanken oder verjüngende Flanken aufweist.
05. Stator- /Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Anspritzkanalausnehmung/ en 24 bzw. der
Anspritzkanal (28) im oberen und/ oder unteren
Stirnrandbereich und/ oder im mittleren Bereich der Stator-/ Rotorpaketeinrichtung vorhanden ist.
06. Stator- /Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stator- /Rotorvorrichtung mehrere aufeinander gestapelte, insbesondere gleich- oder gegengestapelte, Stator- / Rotorpaketeinrichtungen aufweist.
07. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 6,
- dadurch gekennzeichnet, dass - bei übereinander gestapelten Stator- /Rotorp aketein- richtungen (10) ein oberer Anspritzkanal (28) einer unteren Stator-/Rotorpaketeinrichtung (10) kongruent zu einem unteren Anspritzkanal (28) einer benachbarten oberen Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) angeordnet ist.
08. Stator- /Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- zusätzlich jedes Einzelblech (12) an der Innenkontur zumindest einer Wickelnut (16) zumindest eine zur Innenseite der Wickelnut (16) hin offene
Fließkanalausnehmung (22) aufweist, so dass im gestapelten Zustand der Einzelbleche (12) oder im übereinander gestapelten Zustand von aus gestapelten Einzelblechen (12) bestehenden Stator- /Rotorpaketeinrichtungen (10.1, 10.2) ein in Längsrichtung (L) der Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) verlaufender durchgehender Fließkanal (26) in zumindest einer Wickelnut (16) vorhanden ist, in den der Anspritzkanal (28) mündet und der mit der Kunststoffschicht (18) in Kommunikationsverbindung steht und über den und den Anspritzkanal (28) der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht (18) an der Innenwandung der Wickelnut (16) einspritzbar ist.
09. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 8,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fließkanalausnehmung (22) jeweils eine konkave Umfangskontur aufweist.
10. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 9,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fließkanalausnehmung (22) eine polygonartige oder teilkreisförmige Umfangskontur aufweist.
11. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 9,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- an mehreren oder allen Wickelnuten (16) zumindest ein Fließkanal (26) vorhanden ist.
12. Stator-/Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 8 bis 11,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die maximale Tiefe der Fließkanalausnehmung (22) ein ein- oder mehrfaches der Dicke der Kunststoffschicht (18) beträgt.
13. Stator-/Rotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 8 bis 12,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fließkanalausnehmung (22) beziehungsweise der Fließkanal (26) an einen definierten Teil der Innenkontur der Wickelnut (16) angeordnet ist.
14. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 13,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fließkanalausnehmung (22) beziehungsweise der Fließkanal (26) im Nutgrund der Wickelnut (16) angeordnet ist.
15. Stator- /Rotorvorrichtung nach Anspruch 1,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die Kunststoffschicht (30) aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff besteht.
16. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffbeschichtung
einer Stator- /Rotor Vorrichtung die folgende Merkmale aufweist:
- zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator-/Rotorpaketeinrichtung/en (10.1, 10.2), wobei - - die Stator- /Rotorpaketeinrichtungen (10.1, 10.2) jeweils als zu einer Drehachse (D) rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist / sind mit jeweils übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen (12),
- - die Einzelbleche (12) eine rotationssymmetrische
Umfangskontur mit in Umfangsrichtung (U) in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete
Vorsprungeinrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe (14) bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und
- - jeweils zwischen den Polschuhen (14) Wickelnute (16) vorhanden sind,
- - zumindest die Innenumfangskontur jeder Wickelnut (16) und die angrenzende Ober- und Unterseite der Polschuhe (14) eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht (18) aufweist, wobei
- zumindest eine Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech/e (12) oder Pakete aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut (16) jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung (24) aufweist /aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal (28) bilden, der mit der Kavität der Kunststoffschicht (30) beziehungs- weise der Kunststoffschicht (30) selbst direkt oder indirekt in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunst- stoff zum Herstellen der Kunststoffschicht (30) an der Innen- wandung der Wickelnut (16) einspritzbar/ eingespritzt ist,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- nach Einbringung der Einzelbleche (12) oder Einzelblech pakete in ein Spritzgießwerkzeug der Kunststoff über die Anspritzkanäle (28) eingespritzt wird.
17. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffbeschichtung einer Stator- /Rotorvorrichtung die folgende Merkmale aufweist:
- zumindest einer oder mehreren übereinander gestapelten Stator- /Rotorpaketeinrichtung/ en (10.1, 10.2), wobei
- - die Stator- /Rotorpaketeinrichtungen (10.1, 10.2) jeweils als zu einer Drehachse (D) rotationssymmetrisch ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist/sind mit jeweils übereinander gestapelt angeordneten Einzelblechen (12),
- - die Einzelbleche (12) eine rotationssymmetrische Umfangskontur mit in Umfangsrichtung (U) in einem vorgegebenen Rastermaß beabstandet angeordnete Vorsprungeinrichtungen aufweisen, die im übereinander gestapelten Zustand nach innen oder außen weisende Polschuhe (14) bilden, die von einem elektrisch leitenden Draht jeweils umwickelt sind und
- - jeweils zwischen den Polschuhen (14) Wickelnute (16) vorhanden sind,
- - zumindest die Innenumfangskontur jeder Wickelnut (16) und die angrenzende Ober- und Unterseite der Polschuhe (14) eine elektrisch isolierende gespritzte Kunststoffschicht (18) aufweist, wobei
- zumindest eine Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) zumindest ein oder mehrere direkt übereinander kongruent gestapelte Einzelblech/e (12) oder Pakete aufweist, das/die im Bereich des Nutgrundes jeder Wickelnut (16) jeweils eine von innen nach außen oder umgekehrt durchgehende Anspritzkanalausnehmung (24) aufweist/aufweisen, die übereinander angeordnet einen Anspritzkanal (28) bilden, der mit der Kavität der Kunststoffschicht (30) beziehungs- weise der Kunststoffschicht (30) selbst direkt oder indirekt in Kommunikationsverbindung steht und über den der Kunst- stoff zum Herstellen der Kunststoffschicht (30) an der Innen- wandung der Wickelnut (16) einspritzbar/eingespritzt ist, - zusätzlich jedes Einzelblech (12) an der Innenkontur zumindest einer Wickelnut (16) zumindest eine zur
Innenseite der Wickelnut (16) hin offene Fließkanal- ausnehmung (22) aufweist, so dass im gestapelten Zustand der Einzelbleche (12) oder im übereinander gestapelten Zustand von aus gestapelten Einzelblechen (12) bestehenden Stator- /Rotorpaketeinrichtungen (10.1, 10.2) ein in
Längsrichtung (L) der Stator- /Rotorpaketeinrichtung (10) verlaufender durchgehender Fließkanal (26) in zumindest einer Wickelnut (16) vorhanden ist, in den der Anspritzkanal (28) mündet und der mit der Kunststoffschicht (18) in Kommunikationsverbindung steht und über den und den Anspritzkanal (28) der Kunststoff zum Herstellen der Kunststoffschicht (18) an der Innenwandung der Wickelnut (16) einspritzbar ist,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- nach Einbringung der Einzelbleche (12) oder Einzelblech- pakete in ein Spritzgießwerkzeug der Kunststoff über die Anspritzkanäle (28) und die an die Anspritzkanäle (28) anschließenden Fließkanäle (26) eingespritzt wird.
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