WO2021028554A1 - Imprägniervorrichtung, imprägnieranordnung und imprägnierverfahren mit sperrgasströmung - Google Patents

Imprägniervorrichtung, imprägnieranordnung und imprägnierverfahren mit sperrgasströmung Download PDF

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WO2021028554A1
WO2021028554A1 PCT/EP2020/072816 EP2020072816W WO2021028554A1 WO 2021028554 A1 WO2021028554 A1 WO 2021028554A1 EP 2020072816 W EP2020072816 W EP 2020072816W WO 2021028554 A1 WO2021028554 A1 WO 2021028554A1
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resin
impregnation
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Inventor
Alexander PISTEL
Florian Sackl
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Grob Werke GmbH and Co KG
Original Assignee
Grob Werke GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/12—Impregnating, moulding insulation, heating or drying of windings, stators, rotors or machines

Definitions

  • the invention relates to an impregnation device for impregnating components of an electrical machine in series production.
  • the invention further relates to an impregnation arrangement with such an impregnation device and a component to be impregnated for forming a stator of an electrical machine.
  • the invention also relates to an impregnation method for impregnating components of an electrical machine in series production.
  • Such an impregnation device such an impregnation arrangement and such an impregnation method are known from DE 102017001 939 A1.
  • a stator for forming an electrical machine is held in a trickling system for trickling impregnation by means of a clamping unit.
  • the invention has set itself the task of making available an impregnation device, an impregnation arrangement and an impregnation method with which a specific impregnation can be achieved with less reworking effort.
  • the invention creates an impregnation device, an impregnation arrangement and an impregnation method according to the independent claims.
  • the invention provides an impregnation device for impregnating components of an electrical machine in series production, comprising: a resin application device for applying a resin to a first region of a component rotating in the impregnation device and a barrier gas flow generating device for directing a barrier gas flow onto at least one second region of the component adjoining the first region in order to allow the resin to flow from the first region to the or to prevent over the second area.
  • a rotating device is provided for rotating the annular component about an axis of rotation.
  • first area and the second area are axially and / or radially adjacent to one another with respect to the axis of rotation of the component.
  • a trickle area located on an end face of a stator - as an example of the component to be impregnated - as an example of the first area - axially and radially adjacent to an inner area of the stator - as an example of the second area.
  • the interior of the stator should remain free of resin.
  • the barrier gas flow generating device is designed to generate the barrier gas flow in the radial and / or axial direction from the inside to the outside.
  • the barrier gas flow generating device is particularly preferably designed to generate a barrier gas flow in at least one flow direction which has a radial directional component and an axial directional component.
  • the flow preferably also has an axial component in order to force the resin, for example from the stator, back into the first region, i.e. the or part of the flow preferably flows with a directional component axially towards the first region.
  • the barrier gas flow generating device has at least one barrier gas nozzle with one or more nozzle openings for directing the barrier gas flow onto the second region. It is preferred that the resin application device has at least one trickle nozzle that can be moved between an operating position and a rest position for trickling resin onto the first region of the component.
  • sealing gas nozzle can be moved coupled with the movement of the trickle nozzle.
  • the sealing gas flow generating device is a pressurized gas source for supplying a gas with a pressure which is increased by 0.05 to 4 bar, preferably 0.05 to 1 bar, in particular 0.1 to 0.2 bar, relative to an ambient pressure in the first region having.
  • the sealing gas flow generating device has a temperature control device for influencing the temperature of the gas generating the sealing gas flow.
  • the barrier gas flow generating device has an annular nozzle with barrier gas nozzle openings arranged around a circumference.
  • the barrier gas flow generating device has a gas line extending at least with one directional component in the axial direction with a row of barrier gas nozzle openings following one another in the axial direction.
  • the barrier gas flow generating device has a gas-permeable layer or a gas-permeable body through which the barrier gas flow can be directed to the component.
  • the nozzle can have a nozzle opening which is provided with a gas-permeable body in such a way that gas can escape, but liquid, in particular resin, cannot enter. In this way, contamination can be prevented from entering the gas system.
  • the component can also be contacted with a contact surface formed on a gas-permeable body. Thus, sealing gas can be passed through the gas-permeable body itself up to the component.
  • the gas-permeable layer or the gas-permeable body is preferably formed from a porous metal, in particular from porous aluminum or porous steel, chromium steel or stainless steel.
  • a preferred embodiment of the impregnation device has at least one clamping unit which can be driven in rotation by a rotary drive and has clamping jaws for clamping the component during the impregnation, at least part of the sealing gas flow generating device being arranged on or in the clamping unit.
  • sealing gas is passed through the clamping unit.
  • the clamping unit has the at least one sealing gas nozzle.
  • the clamping jaw is particularly preferably designed to be completely or partially gas-permeable.
  • At least one of the clamping jaws has the gas-permeable layer or the gas-permeable body in order to guide the barrier gas flow through the clamping jaw and the gas-permeable layer or the gas-permeable body to the component.
  • the clamping jaw has a clamping jaw base body and the gas-permeable body attached to the clamping jaw base body, the clamping jaw base body being provided with a line or nozzle for passing sealing gas through to the gas-permeable body and the gas-permeable body having a clamping jaw contact surface for gripping the component.
  • the invention creates an impregnation arrangement with an impregnation device according to one of the preceding configurations and a component to be impregnated for forming a stator of an electrical machine, the component having an annular laminated core with grooves in which electrical conductors are inserted from slot openings protrude, wherein the first area having the groove openings or to the Groove openings is adjacent ring area and the second area is an inner edge area of the laminated core adjacent to the ring area.
  • the invention creates an impregnation method for impregnating components of an electrical machine in series production, comprising: a) applying resin to a first area of the component and b) directing a barrier gas flow onto a second area of the component adjoining the first area, to prevent resin from flowing to or over the second area.
  • step a) comprises the step: a1) rotating the annular component by one during the application
  • step a) comprises the step: a2) dropping the resin on by means of at least one dropping nozzle.
  • step a) comprises the step: a3) tempering the resin to a predetermined temperature before application
  • step a) comprises the step: a4) tempering the component to a predetermined temperature before and / or during application.
  • step a) comprises the step: a5) moving a trickling nozzle to an operating position for trickling and into a rest position for picking up a new component and removing a component that has already been sprinkled.
  • step b) comprises the step: b1) guiding the sealing gas flow with a directional component that is radial with respect to a central axis of the annular component from the inside to the outside. It is preferred that step b) comprises the step: b2) guiding the barrier gas flow in at least one flow direction with a directional component that is axial with respect to a central axis of the annular component.
  • an axial flow component is provided to move resin back to the first region along a central axis of the component.
  • step b) comprises the step: b3) tempering the sealing gas flow to a predetermined temperature.
  • step b) comprises the step: b4) generating the barrier gas flow through a series of nozzles in order to generate a barrier gas curtain.
  • step b) comprises the step: b5) generating a barrier gas curtain extending with at least one directional component in an axial direction with respect to the central axis of the annular component.
  • step b) comprises the step: b6) generating an at least regionally in one with respect to the
  • step b) comprises the step: b7) providing compressed air as sealing gas with an overpressure in the range from 0.05 to 4 bar, preferably 0.05 to 1 bar, in particular 0.1 to 0.2 bar.
  • step b) comprises the step: b8) generating the barrier gas flow by means of a barrier gas nozzle which has a number of nozzle openings.
  • step b) comprises the step: b9) Moving a sealing gas nozzle into an operating position for generating the sealing gas flow and into a rest position for picking up a new component and removing a component that has already been dripped.
  • step b) comprises:
  • barrier gas flow through a gas-permeable layer or a gas-permeable body to the component.
  • the impregnation method preferably comprises the step of holding the component while the gas-permeable layer or the gas-permeable body is pressed against the component.
  • the impregnation method is preferably used for impregnating a component for forming a stator of an electrical machine, which component has an annular laminated core with grooves in which electrical conductors are inserted which protrude from groove openings. It is preferred that step a) comprises: application of the resin in an annular region which has the groove openings or is adjacent to the groove openings. It is further preferred that step b) comprises: directing the barrier gas flow onto an inner edge area of the laminated core adjoining the ring area.
  • the impregnation method preferably comprises the steps:
  • a clamping unit which has clamping jaws engaging on an inner circumference of the laminated core and preventing a flow of resin to the inner circumference by the sealing gas flow.
  • the impregnation method further comprises: rotationally driving the clamping unit in order to rotate the component about its central axis during the application of the resin.
  • the laminated core is held by means of the clamping jaws, which have a gas-permeable area at least on the contact surface with the laminated core have, wherein sealing gas is passed through the clamping jaw and the gas-permeable area to the laminated core.
  • soiling of the component by resin in areas that are to be kept free of resin can be prevented in a simple manner and subsequent cleaning work to remove an undesired resin application is unnecessary or at least significantly reduced.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a stator as an example of a component of an electrical machine which is to be impregnated in an impregnation device in series production;
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view through the stator of FIG. 1 along a cross-sectional plane lying perpendicular to a central axis of the stator;
  • FIG. 3 shows an enlargement of a region of the stator shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a view as in FIG. 3 for a stator according to another
  • FIG. 5 shows a perspective view of an impregnation arrangement with a component of an electrical machine during an impregnation process in an impregnation device, of which only a resin application device designed as a drip device is shown;
  • FIG. 6 shows a perspective view of the impregnation arrangement according to an exemplary embodiment of the invention with the component during the impregnation process in the impregnation device, which as Having a drip device formed resin applicator and a barrier gas flow generating device;
  • FIG. 7 shows a plan view of a first embodiment of the sealing gas flow generating device
  • FIG. 8 shows a perspective view of a second embodiment of the sealing gas flow generating device
  • FIG. 9 shows a perspective view of a third embodiment of the sealing gas flow generating device
  • FIG. 10 shows a schematic sectional side view of a clamping jaw of a clamping unit of a fourth embodiment of the sealing gas flow generating device.
  • FIGS. 1 to 3 show a first exemplary embodiment for a component 10 of an electrical machine to be impregnated.
  • the component 10 to be impregnated is a stator 12 of an electric machine and in particular an electric motor that can be used as a traction motor in an electric vehicle.
  • the component 10 to be impregnated could also be another element of an electrical machine, for example a rotor.
  • the stator 12 has a preferably ring-shaped housing 14 made for example from a laminated core 13 with grooves 16 axially arranged with respect to the central axis of the housing 14, in which at least one insulating paper 18 and wire sections 20 of a coil winding 22 are housed.
  • the stator shown in FIGS. 1 to 3 can for example be produced by a method as described and shown in more detail in the German patent application DE 10 2018 103962.3 and WO 2018/233774 A1 and WO 2018/233771 A1. Accordingly, the wire sections 20 in the grooves 16 can have a rectangular cross section.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment for the stator 12, where the coil windings 22 are formed by a plurality of wire sections 20 with a round cross section.
  • the slots 16 cannot be completely filled by the insulation paper 18 and the wire sections 20.
  • an electrically fill in insulating resin This filling of resin takes place by means of an impregnation device 24 which has a resin application device 26 for applying resin to the component 10 to be impregnated.
  • the resin application device 26 can be constructed in different ways.
  • the resin application device 26 is preferably designed as a trickle device 28
  • FIG. 5 shows an impregnation arrangement 30 which comprises the component 10 and the impregnation device 24, of which only the resin application device 26 and a tensioning unit 36 are shown in FIG. 5.
  • the resin application device 26 is designed as a trickling device 28 for trickling an initially still liquid resin onto the component 10.
  • the component 10 is preferably rotated about its central longitudinal axis as the axis of rotation 38 by means of a rotary device 29.
  • the resin from the trickling device 28 then runs through capillary forces and centrifugal forces and - if the axis of rotation of the component 10 is inclined at an angle to the vertical also through gravity - into the remaining cavities in the grooves 16 and fills them.
  • FIG. 6 shows the impregnation arrangement 30 with the impregnation device 24.
  • the impregnation device 24 has, in addition to the resin application device 26, a sealing gas flow generating device 32 for generating a sealing gas flow 34 and the clamping unit 36 for folding the component 10.
  • Sealing gas flow generating device 32 is explained in more detail with reference to the representations of FIGS. 1 to 6 using the example of the impregnation of the stator 12 of an electric motor as component 10.
  • the stator 12 shown in FIGS. 1 to 6 has a laminated core 13 as a housing 14, which consists of many individual laminations.
  • the sheets are aligned, joined and welded to one another.
  • the geometric shape of the individual metal sheets results in grooves 16 which are designed as axial longitudinal grooves and which lead through the laminated core 13 after joining.
  • Insulation paper 18 is introduced into these grooves 16 and encases the wire sections 20 in the laminated core 13, which are embodied as copper wires / copper pins (hereinafter referred to as wires 42; example of electrical conductors).
  • FIGS. 2 and 3 show how the copper pins (FIG. 2) or the copper wires (FIG. 3) run through the grooves 16 in the laminated core 13.
  • the pins / wires are separated from the laminated core 13 by the insulating paper 18.
  • a central axis of the stator 12 is preferably arranged horizontally on an axis of rotation 38 about which it rotates.
  • the rotation axis can be tilted by a certain number of degrees.
  • the trickling device 28 has one or more trickling nozzles 40 which are directed at the wires 42 or pins that protrude from the grooves 16 of the laminated core 13. With the trickle nozzles 40, the liquid resin is trickled onto the wires 42 or pins while the stator 12 rotates about its axis of rotation 38. It should be noted that the entire stator 12 was previously brought to a certain temperature. As a result, the resin also has a low viscosity, that is to say more fluid, and can thus run or crawl through the grooves 16 of the laminated core 13 via the capillary action between the wires 42 and pins.
  • the resin After the planned amount of resin has been applied or introduced, the resin is brought to a gel temperature.
  • the gel temperature depends on the resin.
  • the resin begins to polymerize, i.e. to harden.
  • the stator 12 continues to rotate about its axis of rotation 38 in order to prevent the resin from running out of the grooves 16.
  • the resin is only held in position by the centrifugal forces of the rotation, the capillary action and the defined viscosity.
  • the resin flows into the groove 16 - assisted by the capillary forces - and fills the spaces there.
  • the resin is usually processed at a temperature of 10-45 ° C and, when trickling, hits a stator 12 with a temperature of 80-140 °.
  • the flow behavior of the resin after the impact is decisive for the design of the stator, which is usually also provided by the manufacturer of the stator 12 is specified according to the intended use.
  • the resin flows between the insulation paper and the enamelled copper wires - wires 42 - and thus fills the gaps.
  • the flow path of the impregnating resin cannot necessarily be determined, so there is a tendency that the resin also flows between the insulation paper and the laminated core 13, particularly due to the shape of the insulation paper on the end face of the stators 12.
  • the stator 12 is usually clamped on an internal mandrel of the clamping unit 36 when the resin is applied, for example by trickling.
  • This mandrel 44 centers the stator 12, in particular the laminated core 13, with at least two clamping jaws 46 on the central axis of the laminated core 13.
  • These clamping jaws touch the stator 12 on the inside diameter of the laminated core 13 and are the interface between the mandrel 44 and the stator 12.
  • the clamping jaws 46 can be expressed in different forms. However, these are usually adapted to the inner diameter of the laminated core 13. Since a certain clamping force is required in order to hold the stator 12 by frictional connection during the trickling process and during stator transport with clamping mandrel 44, the clamping force must be distributed over a surface. If the clamping surface is too small, pressure peaks result which could deform the laminated core 13 of the stator 12 in the elastic or plastic range.
  • the laminated core 13 of the stator 12 is in turn formed from a large number of laminated laminations with a thickness of 0.1-0.4 mm. These sheet metal lamellas are produced in a stamping process, stacked and welded to one another at the outer diameter, see the corresponding weld seams 48 in FIG. A slight offset of the individual sheet metal lamellas results in an irregular surface. Furthermore, the height of the laminated core 13 is different at a first position 50, where a weld seam 48 is located, and a second position 52, which lies between adjacent weld seams 48: at the weld seams - first position 50 - the height is less than at the intermediate positions - second position 52. Because the weld seams 48 are on the outer diameter, the height of the laminated core 13 is on The inner diameter is usually larger than the outer diameter, since the fixation is done on the outside. This results in small spaces between the sheet metal lamellas.
  • the stator 12 After the trickling process, which takes place with constant rotation about the stator axis, the stator 12 is rotated further under the influence of temperature at a constant speed. During the gelling or hardening, the stator 12 continues to be clamped on the mandrel 44. The resin on the stator 12 is thereby gelled, i.e. the polymerisation begins until it is finally completely hardened. Resin that would be between the clamping jaw 46 and the laminated core 13 would also harden.
  • the mandrel 44 can only be detached from the laminated core 13 with difficulty due to the gelled / hardened resin.
  • the impregnation device 24 is proposed, an embodiment of which is shown in more detail in FIGS. 6 and 7.
  • the impregnation device 24 is designed for the impregnation of components 10 of an electrical machine in series production, and comprises the resin application device 26 for applying a resin to a first region 54 of a component 10 rotating in the impregnation device 24 and the barrier gas flow generation device 32 for directing a barrier gas flow 34 to at least a second region 56 of the component 10 adjoining the first region 54 in order to prevent the resin from flowing from the first region 54 to or over the second region 56.
  • the sealing gas flow generating device 24 has at least one sealing gas line 58 and a sealing gas nozzle 60.
  • the first area 54 is, in particular, the area in which the resin is dropped. In the example shown of a stator 12 as component 10, this is in particular the ring area in which the winding heads of the coil winding 22 are located and in which the insulation papers 18 and the wires 42 protrude from the slots 16.
  • the second region 56 has the inner edge 62 of the laminated core 13 and an annular region of the inner diameter of the stator 12 as a component.
  • the resin is prevented from flowing into the inner diameter, for example, by a suitable air duct of a separate sealing air nozzle (example for the sealing gas nozzle 60) which is arranged in the area of the trickle nozzle 40.
  • a suitable air duct of a separate sealing air nozzle (example for the sealing gas nozzle 60) which is arranged in the area of the trickle nozzle 40.
  • the resin no longer flows or hardly flows between the laminated core 13 and insulation paper 18 and is also directed into the groove 16 between insulation paper 18 and wire 42.
  • FIGS. 7 to 9 show different embodiments of the sealing gas flow generating device 32, each of which has at least one sealing gas line 58 and at least one sealing gas nozzle 60.
  • the at least one sealing gas nozzle 60 also has one or more nozzle openings 62.
  • advantageous configurations of the sealing gas flow generating device 32 also have at least one compressed gas source 64 and / or a temperature control device 66.
  • the compressed gas source 64 is designed, for example, as a pump or compressed gas tank and is used to supply a gas, in particular air, with a pressure of 0.05 to 4 bar, preferably 0.05 to 1 bar, in particular 0, relative to an ambient pressure at the first region 54 To deliver 1 to 0.2 bar increased pressure via the sealing gas line 58 to the at least one sealing gas nozzle 60.
  • the temperature control device 66 has, for example, a heat exchanger, a heating device and / or a cooling device and is designed to influence the temperature of the gas, in particular air, which generates the barrier gas flow 34.
  • the sealing gas nozzle 60 is held on a holder 68 which can be moved between an operating position for impregnating the component 10 and a rest position for replacing the component 10 to be impregnated.
  • the trickling nozzle 40 is also held on the holder 68, so that the trickling nozzle 40 and the sealing gas nozzle 60 can be moved together and thus coupled and are positioned to match one another in the operating position.
  • different movable holders 68 are provided for the trickle nozzle 40 and the sealing gas nozzle 60, the movement of these different holders 68 being coupled.
  • a plurality of nozzle openings 62 are provided, which extend with at least one directional component in a radial direction with respect to the axis of rotation 38 from the inside to the outside.
  • the barrier gas flow 34 can be generated in the radial direction.
  • one or more of the nozzle openings 62 are also arranged at an angle, so that the barrier gas flow 34 also has a directional component in the axial direction.
  • at least part of the barrier gas flow is in the axial direction from the second Area 56 directed towards the first area 54. Resin flowing from the first region 54 to the second region 56 is forced back into the first region 54 by this flow component.
  • Fig. 7 shows an example of a sealing gas nozzle 60 with which the sealing gas flow 34, for example formed as an air flow, is pressed against the flow direction of the resin.
  • the sealing gas nozzle 60 shown in FIG. 7 is formed on a type of lance which is aligned in the axial direction and is held in the operating position by the holder 68 in such a way that one end protrudes into the laminated core 13 in order to open the nozzle openings 62 onto the second area 56 to be directed.
  • a row of nozzle openings 62 following one another in the axial direction is provided on the gas line 58 formed in this way, which extends at least partially axially.
  • Fig. 6 shows the arrangement of a sealing gas nozzle 60 shown in Fig. 7 in the operating position inside the stator 12.
  • the sealing gas nozzle 60 or at least one of several sealing gas nozzles 60 can also be designed as an annular nozzle 70 with nozzle openings 62 arranged around a circumference.
  • the sealing gas flow generating device 32 is at least partially formed on the clamping mandrel 44 of the clamping unit 36.
  • a barrier gas line 58 each extends through each or some of the clamping jaws 46.
  • These clamping jaws 46 also have a plurality of nozzle openings 62 at their ends, so that the barrier gas nozzles 60 are formed on the clamping jaws 46.
  • the contact area of the clamping jaws 46 is thus kept free of resin as the second area 56.
  • the jaws 46 of the mandrel (or a collet) remain free of resin after dripping.
  • FIG. 10 also shows a modified clamping jaw 46 of a currently particularly preferred variant of the embodiment shown in FIG.
  • the Clamping jaw 46 has a clamping jaw base body 72 - for example in the form of a base jaw - with sealing gas line 58 and nozzle openings 62 as well as a gas-permeable layer 74 or a gas-permeable body 76 - for example in the form of a permeable attachment.
  • the contact surface 78 with which the clamping jaw 46 grips the component 10 is formed on the gas-permeable layer 74 or the gas-permeable body 76.
  • An air duct for example, is introduced into the clamping jaw base body 72. Sealing gas, such as air, flows through the gas-permeable body 76 starting from the clamping jaw base body 72 in the direction of the contact surface 78.
  • the gas-permeable body 76 is detachably attached to the clamping jaw base body 72 by means of screws 80 - or other detachable fasteners - and can be exchanged when worn.
  • an air cushion or another sealing gas cushion can be built up by means of an (at least partially or also completely) permeable clamping jaw 46.
  • the gas-permeable layer 74 or the gas-permeable body is formed, for example, from a porous metal, optionally with a binder.
  • a porous aluminum or a porous steel is well suited for this.
  • Porous blocks and plates made of aluminum with binding agent or steel / chrome steel / stainless steel with binding agent, from which the layer 74 or the body 76 can be produced, are available on the market, for example from ALWA Technical products for plastics processing, model and Formbau GmbH, Gronau.
  • sealing gas nozzles 60 shown in FIGS. 7 to 10 are provided in addition to the configuration of barrier gas nozzles 60 shown in FIG. 9 or 10 on the clamping jaws 46.
  • the configuration shown in FIG. 7 and / or FIG. 8 is provided as an additional barrier gas nozzle 60.
  • the sealing gas nozzle 60 shown in FIGS. 7 to 10 for example designed as a sealing air nozzle, is subjected to a relative pressure of 0.1-0.2 bar.
  • the sealing gas nozzle 60 is coupled to the movement of the trickle nozzle 40. This means that no further (machine) axes are necessary.
  • the sealing gas nozzle 60 remains stationary and does not have to rotate with the stator 12.
  • barrier gas flow 34 for example designed as an air flow
  • the barrier gas flow 34 is directed perpendicularly to the inner diameter of the laminated core 13 and the first nozzle opening 62a (see FIG. 7) is aligned flush with the end face of the laminated core 13 .
  • the sealing gas can already be heated to the stator temperature by the temperature control device 66.
  • the temperature control device 66 there is still a scope with different temperatures.
  • a further possible implementation results from an integration of the sealing gas flow generating device 32 in the clamping mandrel 44.
  • the clamping mandrel 44 can be coupled to air on the system side, furthermore an integrated air duct in the clamping mandrel.
  • the sealing air only needs to be applied during the trickling process. Sealing air is no longer required in the gelling or hardening oven.
  • sealing gas such as sealing air
  • commercially available steel can be used as the material for the clamping jaws 46.
  • a long service life of the mandrel 44 can be achieved.

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

Um Bauteile (10) einer elektrischen Maschine in Serienproduktion mit großen Stückzahlen zu imprägnieren, ohne aufwändige Nacharbeiten durchführen zu müssen, schafft die Erfindung eine Imprägniervorrichtung (24), umfassend: eine Harzauftragseinrichtung (26) zum Aufträgen eines Harzes auf einen ersten Bereich (54) eines sich in der Imprägniervorrichtung (24) drehenden Bauteils (10) und eine Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) zum Richten einer Sperrgasströmung (34) auf wenigstens einen sich an den ersten Bereich (54) anschließenden zweiten Bereich (56) des Bauteils (10), um ein Fließen des Harzes von dem ersten Bereich (54) zu dem oder über den zweiten Bereich (56) zu verhindern.

Description

Imprägniervorrichtung, Imprägnieranordnung und Imprägnierverfahren mit
Sperrgasströmung
Die Erfindung betrifft eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion. Weiter betrifft die Erfindung eine Imprägnieranordnung mit einer solchen Imprägniervorrichtung und einem zu imprägnierenden Bauteil zum Bilden eines Stators einer elektrischen Maschine. Weiter betrifft die Erfindung ein Imprägnierverfahren zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion.
Eine derartige Imprägniervorrichtung, eine derartige Imprägnieranordnung und ein derartiges Imprägnierverfahren sind aus der DE 102017001 939 A1 bekannt. Dabei wird ein Stator zum Bilden einer elektrischen Maschine mittels einer Spanneinheit in einer Träufelanlage zum Träufelimprägnieren gehalten.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Imprägniervorrichtung, eine Imprägnieranordnung und ein Imprägnierverfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine gezielte Imprägnierung mit einem geringeren Nachbearbeitungsaufwand erzielbar ist.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Imprägniervorrichtung, eine Imprägnieranordnung und ein Imprägnierverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft gemäß einem Aspekt davon eine Imprägniervorrichtung zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend: eine Harzauftragseinrichtung zum Aufträgen eines Harzes auf einen ersten Bereich eines sich in der Imprägniervorrichtung drehenden Bauteils und eine Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung zum Richten einer Sperrgasströmung auf wenigstens einen sich an den ersten Bereich anschließenden zweiten Bereich des Bauteils, um ein Fließen des Harzes von dem ersten Bereich zu dem oder über den zweiten Bereich zu verhindern.
Es ist bevorzugt, dass eine Dreheinrichtung zum Drehen des ringförmigen Bauteils um eine Drehachse vorgesehen ist.
Es ist bevorzugt, dass der erste Bereich und der zweite Bereich bezüglich der Drehachse des Bauteils axial und/oder radial benachbart zueinander sind.
Besonders bevorzugt ist ein an einer Stirnseite eines Stators - als Beispiel für das zu imprägnierende Bauteil - befindlicher Träufelbereich - als Beispiel des ersten Bereichs - axial und radial zu einem Innenbereich des Stators - als Beispiel für den zweiten Bereich - benachbart. Insbesondere soll der Innenbereich des Stators frei von Harz bleiben.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen der Sperrgasströmung in der radialen und/oder axialen Richtung von innen nach außen ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung dazu ausgebildet, eine Sperrgasströmung in wenigstens einer Strömungsrichtung zu erzeugen, die eine radiale Richtungskomponente und eine axiale Richtungskomponente aufweist. Die Strömung hat vorzugsweise auch eine axiale Komponente, um das Harz z.B. aus dem Stator in den ersten Bereich zurück zu drängen, d.h. die oder ein Teil der Strömung strömt vorzugsweise mit einer Richtungskomponente axial in Richtung des ersten Bereichs.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung wenigstens eine Sperrgasdüse mit einer oder mehreren Düsenöffnungen zum Richten der Sperrgasströmung auf den zweiten Bereich aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Harzauftragseinrichtung wenigstens eine zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung bewegbare Träufeldüse zum Aufträufeln von Harz auf den ersten Bereich des Bauteils aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasdüse mit der Bewegung der Träufeldüse gekoppelt bewegbar ist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung eine Druckgasquelle zum Liefern eines Gases mit einem relativ zu einem Umgebungsdruck an dem ersten Bereich um 0,05 bis 4 Bar, vorzugsweise 0,05 bis 1 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,2 Bar erhöhten Druck aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung eine Temperiereinrichtung zur Temperaturbeeinflussung des die Sperrgasströmung erzeugenden Gases aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung eine Ringdüse mit um einen Umfang herum angeordneten Sperrgasdüsenöffnungen aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung eine sich zumindest mit einer Richtungskomponenten in axialer Richtung erstreckende Gasleitung mit einer in der axialen Richtung aufeinanderfolgenden Reihe von Sperrgasdüsenöffnungen aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung eine gaspermeable Schicht oder einen gaspermeablen Körper aufweist, durch welche(n) hindurch die Sperrgasströmung zu dem Bauteil leitbar ist. Zum Beispiel kann die Düse eine Düsenöffnung aufweisen, die mit einem gaspermeablen Körper derart versehen ist, dass zwar Gas austreten, Flüssigkeit wie insbesondere Harz aber nicht eintreten kann. So lässt sich das Eindringen von Verschmutzungen in das Gassystem vermeiden. Auch kann das Bauteil mit einer an einem gaspermeablen Körper ausgebildeten Kontaktfläche kontaktiert werden. So kann Sperrgas durch den gaspermeablen Körper selbst hindurch bis zu dem Bauteil geleitet werden.
Vorzugsweise ist die gaspermeable Schicht oder der gaspermeable Körper aus einem porösen Metall gebildet, insbesondere aus porösem Aluminium oder porösem Stahl, Chromstahl oder Edelstahl.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Imprägniervorrichtung weist wenigstens eine durch einen Drehantrieb drehend antreibbare Spanneinheit mit Spannbacken zum Einspannen des Bauteils während des Imprägnierens auf, wobei zumindest ein Teil der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung an oder in der Spanneinheit angeordnet ist. Beispielsweise wird Sperrgas durch die Spanneinheit geleitet. Beispielsweise weist die Spanneinheit die wenigstens eine Sperrgasdüse auf.
Besonders bevorzugt ist die Spannbacke ganz oder teilweise gaspermeabel ausgebildet.
Es ist demnach bevorzugt, dass wenigstens eine der Spannbacken die gaspermeable Schicht oder den gaspermeablen Körper aufweist, um die Sperrgasströmung durch die Spannbacke und die gaspermeable Schicht oder den gaspermeablen Körper zu dem Bauteil zu leiten.
Es ist bevorzugt, dass die Spannbacke einen Spannbackengrundkörper und den an dem Spannbackengrundkörper angebrachten gaspermeablen Körper aufweist, wobei der Spannbackengrundkörper mit einer Leitung oder Düse zum Durchleiten von Sperrgas zu dem gaspermeablen Körper versehen ist und der gaspermeable Körper eine Spannbackenkontaktfläche zum Erfassen des Bauteils aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Imprägnieranordnung mit einer Imprägniervorrichtung nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und einem zu imprägnierenden Bauteil zum Bilden eines Stators einer elektrischen Maschine, wobei das Bauteil ein ringförmiges Blechpaket mit Nuten aufweist, in denen elektrische Leiter eingesetzt sind, die aus Nutöffnungen hervorstehen, wobei der erste Bereich ein die Nutöffnungen aufweisender oder an die Nutöffnungen angrenzender Ringbereich ist und der zweite Bereich ein dem Ringbereich benachbarter Innenrandbereich des Blechpakets ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Imprägnierverfahren zum Imprägnieren von Bauteilen einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend: a) Aufträgen von Harz auf einen ersten Bereich des Bauteils und b) Richten einer Sperrgasströmung auf einen an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich des Bauteils, um ein Fließen von Harz zu dem oder über den zweiten Bereich zu vermeiden.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) den Schritt umfasst: a1 ) Drehen des ringförmigen Bauteils während des Auftragens um eine
Drehachse.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) den Schritt umfasst: a2) Aufträufeln des Harzes mittels wenigstens einer Träufeldüse.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) den Schritt umfasst: a3) Temperieren des Harzes vor dem Aufträgen auf eine vorbestimmte
Temperatur.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) den Schritt umfasst: a4) Temperieren des Bauteils vor und/oder während des Auftragens auf eine vorbestimmte Temperatur.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) den Schritt umfasst: a5) Bewegen einer Träufeldüse zu einer Betriebsstellung zum Aufräufeln und in eine Ruhestellung zum Aufnehmen eines neuen Bauteils und Entfernen eines bereits beträufelten Bauteils.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b1 ) Leiten der Sperrgasströmung mit einer bezüglich einer Mittelachse des ringförmigen Bauteils radialen Richtungskomponente von innen nach außen. Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b2) Leiten der Sperrgasströmung in wenigstens einer Strömungsrichtung mit einer bezüglich einer Mittelachse des ringförmigen Bauteils axialen Richtungskomponente. Vorzugsweise ist eine axiale Strömungskomponente vorgesehen, um Harz entlang einer Mittelachse des Bauteils zurück zu dem ersten Bereich zu bewegen.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b3) Temperieren der Sperrgasströmung auf eine vorbestimmte Temperatur.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b4) Erzeugen der Sperrgasströmung durch eine Reihe von Düsen, um einen Sperrgasvorhang zu erzeugen.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b5) Erzeugen eines sich zumindest mit einer Richtungskomponente in eine bezüglich der Mittelachse des ringförmigen Bauteils axiale Richtung erstreckenden Sperrgasvorhangs.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b6) Erzeugen eines sich zumindest bereichsweise in eine bezüglich der
Mittelachse des ringförmigen Bauteils Umfangsrichtung erstreckenden
Sperrgasvorhangs.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b7) Bereitstellen von Druckluft als Sperrgas mit einem Überdruck im Bereich von 0,05 bis 4 Bar, vorzugsweise 0,05 bis 1 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,2 Bar.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b8) Erzeugen der Sperrgasströmung mittels einer Sperrgasdüse, die eine Reihe von Düsenöffnungen aufweist.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b) den Schritt umfasst: b9) Bewegen einer Sperrgasdüse in eine Betriebsstellung zum Erzeugen der Sperrgasströmung und in eine Ruhestellung zum Aufnehmen eines neuen Bauteils und Entfernen eines bereits beträufelten Bauteils.
Vorzugsweise umfasst Schritt b):
Leiten der Sperrgasströmung durch eine gaspermeable Schicht oder einen gaspermeablen Körper hindurch zu dem Bauteil.
Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren den Schritt: Halten des Bauteils unter Anpressen der gaspermeablen Schicht oder des gaspermeablen Körpers an dem Bauteil.
Bevorzugt wird das Imprägnierverfahren zum Imprägnieren eines Bauteils zum Ausbilden eines Stators einer elektrischen Maschine, welches Bauteil ein ringförmiges Blechpaket mit Nuten aufweist, in denen elektrische Leiter eingesetzt sind, die aus Nutöffnungen hervorstehen, eingesetzt. Dabei ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst: Aufträgen des Harzes in einem die Nutöffnungen aufweisenden oder an die Nutöffnungen angrenzenden Ringbereich. Weiter ist bevorzugt, dass Schritt b) umfasst: Richten der Sperrgasströmung auf einen an den Ringbereich angrenzenden Innenrandbereich des Blechpakets.
Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren die Schritte:
Halten des Blechpakets mittels einer Spanneinheit, die an einem Innenumfang des Blechpakets angreifende Spannbacken aufweist und Verhindern eines Fließens von Harz zu dem Innenumfang durch die Sperrgasströmung.
Vorzugsweise umfasst das Imprägnierverfahren weiter: drehendes Antreiben der Spanneinheit, um das Bauteil um seine Mittelachse während des Harzauftrags zu drehen.
Es ist bevorzugt, dass das Blechpaket mittels der Spannbacken gehalten wird, die zumindest an der Kontaktfläche zu dem Blechpaket einen gaspermeablen Bereich aufweisen, wobei Sperrgas durch die Spannbacke und den gaspermeablen Bereich zu dem Blechpaket geleitet wird.
Mit den Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich Verschmutzungen des Bauteils durch Harz an Bereichen, die von Harz frei zu halten sind, auf einfache Art und Weise verhindern und nachträgliche Reinigungsarbeiten zur Entfernung eines unerwünschten Harzauftrages entfallen oder sind zumindest deutlich verringert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stators als Beispiel für ein Bauteil einer elektrischen Maschine, welches in einer Imprägniervorrichtung in Serienproduktion zu imprägnieren ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch den Stator von Fig. 1 entlang einer senkrecht zu einer Mittelachse des Stators liegenden Querschnittsebene;
Fig. 3 eine Vergrößerung eines Bereichs des in Fig. 2 dargestellten Stators;
Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 3 für einen Stator gemäß einer anderen
Ausführungsform;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Imprägnieranordnung mit einem Bauteil einer elektrischen Maschine während eines Imprägniervorgangs in einer Imprägniervorrichtung, von der nur eine als Träufeleinrichtung ausgebildete Harzauftragseinrichtung gezeigt ist;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Imprägnieranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem Bauteil während des Imprägniervorgangs in der Imprägniervorrichtung, welche die als Träufeleinrichtung ausgebildete Harzauftragseinrichtung und eine Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung aufweist;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung; und
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung;
Fig. 10 eine schematische geschnittene Seitenansicht einer Spannbacke einer Spanneinheit einer vierten Ausführungsform der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel für ein zu imprägnierendes Bauteil 10 einer elektrischen Maschine. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zu imprägnierende Bauteil 10 ein Stator 12 einer elektrischen Maschine und insbesondere eines Elektromotors, der als Fahrmotor in einem Elektrofahrzeug einsetzbar ist. In anderen Ausführungsbeispielen könnte das zu imprägnierende Bauteil 10 auch ein anderes Element einer elektrischen Maschine, wie zum Beispiel ein Rotor sein.
Der Stator 12 hat ein beispielsweise aus einem Blechpaket 13 hergestelltes, vorzugsweise ringförmiges Gehäuse 14 mit bezüglich der Mittelachse des Gehäuses 14 axial angeordneten Nuten 16, in welchen jeweils wenigstens ein Isolationspapier 18 und Drahtabschnitte 20 einer Spulenwicklung 22 untergebracht sind. Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Stator kann beispielsweise durch ein Verfahren hergestellt sein, wie es näher in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 103962.3 sowie der WO 2018/233774 A1 und der WO 2018/233771 A1 beschrieben und gezeigt ist. Dementsprechend können die Drahtabschnitte 20 in den Nuten 16 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Stator 12, wo die Spulenwicklungen 22 durch eine Vielzahl von Drahtabschnitten 20 mit rundem Querschnitt gebildet sind.
Bei beiden Ausführungsformen des Stators 12 können die Nuten 16 nicht vollständig durch das Isolationspapier 18 und die Drahtabschnitte 20 befüllt werden.
Zur Stabilisierung des Stators 12, Fixierung der Lage der Drahtabschnitte 20 in der Nut 16, zur besseren Isolierung zwecks Verhinderung von Überschlägen und zur Vermeidung von Beschädigungen von Isolationen der Drahtabschnitte 20 durch Vibrationen ist es vorteilhaft, die verbleibenden Hohlräume innerhalb der Nuten 16 mit einem elektrisch isolierenden Harz auszufüllen. Dieses Einfüllen von Harz erfolgt mittels einer Imprägniervorrichtung 24, die eine Harzauftragseinrichtung 26 zum Aufträgen von Harz auf das zu imprägnierende Bauteil 10 aufweist. Die Harzauftragseinrichtung 26 kann unterschiedlich aufgebaut sein. Bevorzugt ist die Harzauftragseinrichtung 26 als Träufeleinrichtung 28 ausgebildet
Fig. 5 zeigt eine Imprägnieranordnung 30, die das Bauteil 10 und die Imprägniervorrichtung 24 umfasst, von der in Fig. 5 nur die Harzauftragseinrichtung 26 und eine Spanneinheit 36 gezeigt sind. Dabei ist die Harzauftragseinrichtung 26 als Träufeleinrichtung 28 zum Aufträufeln eines zunächst noch flüssigen Harzes auf das Bauteil 10 ausgebildet. Vorzugsweise wird das Bauteil 10 dabei mittels einer Dreheinrichtung 29 um seine Längsmittelachse als Drehachse 38 gedreht. Das Harz von der Träufeleinrichtung 28 läuft dann durch Kapillarkräfte und durch Fliehkräfte und - bei Neigung der Drehachse des Bauteils 10 schräg zur Vertikalen auch durch Schwerkraft - in die verbleibenden Hohlräume in den Nuten 16 und füllt diese aus.
Anschließend wird das Harz durch Temperieren geliert und schließlich vollständig ausgehärtet. Fig. 6 zeigt die Imprägnieranordnung 30 mit der Imprägniervorrichtung 24. Wie in Fig. 6 dargestellt, weist die Imprägniervorrichtung 24 zusätzlich zu der Flarzauftragseinrichtung 26 noch eine Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 zur Erzeugung einer Sperrgasströmung 34 und die Spanneinheit 36 zum Flalten des Bauteils 10 auf.
Im Folgenden werden Eigenschaften und Wirkungen der
Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 anhand der Darstellungen der Fig. 1 bis 6 am Beispiel der Imprägnierung des Stators 12 eines Elektromotors als Bauteil 10 näher erläutert.
Der in den Fig. 1 bis 6 gezeigte Stator 12 weist als Gehäuse 14 ein Blechpaket 13 auf, welches aus vielen einzelnen Blechen besteht. Die Bleche werden zueinander ausgerichtet, gefügt und verschweißt. Durch die geometrische Form der einzelnen Bleche ergeben sich nach dem Fügen als axiale Längsnuten ausgebildete Nuten 16, die durch das Blechpaket 13 führen. In diese Nuten 16 wird Isolationspapier 18 eingebracht, welche die als Kupferdrähte/Kupferpins (im Folgenden Drähte 42 genannt; Beispiel für elektrische Leiter) ausgeführten Drahtabschnitte 20 im Blechpaket 13 umhüllen. Fig. 2 und 3 zeigen, wie die Kupferpins (Fig. 2) oder die Kupferdrähte (Fig. 3) durch die Nuten 16 im Blechpaket 13 verlaufen. Die Pins/Drähte sind vom Blechpaket 13 durch das Isolationspapier 18 getrennt.
Zwischen den einzelnen Kupferdrähten und -pins sowie dem Isolationspapier 18 entstehen kleine Lücken. Die Nuten 16 können nicht zu 100% gefüllt werden.
Diese entstandenen Lücken werden mit einem Harz befüllt, das nach dem Aushärten bei einer bestimmten Temperatur die einzelnen Komponenten des Stators 12 in ihrer Position stabilisiert. Die Harzfüllung wirkt dem elektrischen Durchschlag einzelner Leiter entgegen, begünstigt die Wärmeableitung und verhindert Vibrationen bzw. Folgeschäden wie Abrasion der Isolationsschicht einzelner Pins und Drähte durch Vibrationen.
Zur Befüllung der Nuten 16 mit dem Harz gibt es verschiedene Verfahren. Bei bevorzugten Ausgestaltungen des hier dargestellten Imprägnierverfahrens geht es speziell um das sogenannte „Träufelverfahren", mit welchem das Harz in den Stator eingebracht wird. Die hier dargestellten Ideen hinsichtlich Konzentrierung eines Harzauftrages nur auf gewünschte Bereiche lassen sich aber auch auf andere Imprägnierverfahren anwenden.
Wie in Fig. 5 dargestellt, ist eine Mittelachse des Stators 12 vorzugsweise horizontal auf einer Drehachse 38 angeordnet, um die er sich dreht. Optional kann die Drehachse um eine bestimmte Gradzahl gekippt werden.
Die Träufeleinrichtung 28 weist eine oder mehrere Träufeldüsen 40 auf, die auf die Drähte 42 bzw. Pins, die aus den Nuten 16 des Blechpaketes 13 ragen, gerichtet sind. Mit den Träufeldüsen 40 wird das flüssige Harz auf die Drähte 42 bzw. Pins geträufelt, während sich der Stator 12 um seine Drehachse 38 dreht. Es ist anzumerken, dass der gesamte Stator 12 zuvor auf eine bestimmte Temperatur gebracht wurde. Dadurch wird auch das Harz niedrigviskos, also flüssiger und kann so über die Kapillarwirkung zwischen den Drähten 42 und Pins durch die Nuten 16 des Blechpaketes 13 laufen bzw. kriechen.
Nachdem die geplante Menge an Harz auf- bzw. eingebracht wurde, wird das Harz auf eine Geltemperatur gebracht. Die Geltemperatur ist vom Harz abhängig. Hier fängt das Harz an zu polymerisieren d.h. auszuhärten.
Solange das Harz noch nicht angefangen hat zu gelieren, wird der Stator 12 konstant um seine Drehachse 38 weiter gedreht, um zu vermeiden, dass das Harz aus den Nuten 16 läuft. Das Harz wird nur durch die Fliehkräfte der Drehung, die Kapillarwirkung und die definierte Viskosität in Position gehalten.
Beim Träufeln fließt das Harz - begünstigt durch die Kapillarkräfte - in die Nut 16 und füllt dort die Zwischenräume aus. Das Harz wird in der Regel mit einer Temperatur von 10-45°C verarbeitet und trifft beim Träufeln auf einen ca. 80-140° heißen Stator 12. Dadurch ändert sich die Viskosität schlagartig auf einen Bruchteil der Viskosität, welche ursprünglich bei Raumtemperatur vorherrscht. Das Fließverhalten des Harzes nach dem Auftreffen gibt maßgeblich das Design des Stators vor, welches in der Regel von dem Hersteller des Stators 12 auch entsprechend des Einsatzzweckes vorgegeben wird. Im günstigsten Fall fließt das Harz zwischen Isolationspapier und Kupferlackdrähte - Drähte 42 - und füllt somit die Zwischenräume aus. Der Fließweg des Imprägnierharzes kann jedoch nicht zwangsläufig bestimmt werden, somit besteht die Tendenz, dass das Harz insbesondere durch die Ausprägung des Isolationspapiers an der Stirnseite der Statoren 12 auch zwischen Isolationspapier und Blechpaket 13 fließt.
Der Stator 12 ist beim z.B. durch Träufeln erfolgenden Harzauftrag in der Regel auf einem Innenspanndorn der Spanneinheit 36 aufgespannt. Dieser Spanndorn 44 zentriert den Stator 12, insbesondere das Blechpaket 13, mit mindestens zwei Spannbacken 46 auf die Mittelachse des Blechpakets 13. Diese Spannbacken 46 berühren den Stator 12 am Innendurchmesser des Blechpakets 13 und sind die Schnittstelle von Spanndorn 44 zum Stator 12. Die Spannbacken 46 können in unterschiedlicher Form ausgeprägt werden. Diese werden jedoch in der Regel dem Innendurchmesser des Blechpakets 13 angepasst. Da eine gewisse Spannkraft benötigt wird, um den Stator 12 durch Kraftschluss beim Träufelprozess sowie beim Statortransport mit Spanndorn 44 zu halten, muss die Spannkraft auf eine Fläche verteilt werden. Bei einer zu kleinen Spannfläche ergeben sich Druckspitzen, welche das Blechpaket 13 des Stators 12 im elastischen oder plastischen Bereich verformen könnten.
Das Blechpaket 13 des Stators 12 ist wiederum aus einer Vielzahl von Blechlamellen mit einer Dicke von 0,1 -0,4 mm gebildet. Diese Blechlamellen werden in einem Stanzprozess hergestellt, gestapelt und am Außendurchmesser miteinander verschweißt, siehe die entsprechenden Schweißnähte 48 in Fig. 1. Durch den Herstellungsprozess (insbesondere das Stapeln der Blechlamellen) und dessen Toleranzen ist der Innendurchmesser des Blechpakets 13 nicht eben. Durch einen leichten Versatz der einzelnen Blechlamellen entsteht eine unregelmäßige Oberfläche. Des Weiteren ist die Höhe des Blechpakets 13 an einer ersten Position 50, wo sich eine Schweißnaht 48 befindet, und einer zweiten Position 52, die zwischen benachbarten Schweißnähten 48 liegt, unterschiedlich: an den Schweißnähten - erste Position 50 - ist die Höhe jeweils kleiner als an den Zwischenpositionen - zweite Position 52. Dadurch, dass die Schweißnähte 48 am Außendurchmesser liegen, ist die Höhe des Blechpakets 13 am Innendurchmesser in der Regel größer als am Außendurchmesser, da die Fixierung außen erfolgt. Dadurch ergeben sich kleine Zwischenräume zwischen den Blechlamellen.
Des Weiteren ergeben sich ebenfalls Zwischenräume zwischen den Spannbacken 46 des Spanndorns 44 und dem Blechpaket 13. Diese Zwischenräume wirken als Kapillare, so dass das Harz in diese Kapillaren gezogen werden könnte.
Nach dem Träufelprozess, welcher unter konstanter Rotation um die Statorachse stattfindet, wird der Stator 12 weiter unter Temperatureinfluss unter konstanter Drehzahl gedreht. Während dem Gelieren bzw. Aushärten ist der Stator 12 weiterhin auf dem Spanndorn 44 aufgespannt. Das auf dem Stator 12 befindliche Harz wird dadurch geliert, d.h. die Polymerisation beginnt, bis dieses schließlich vollkommen ausgehärtet ist. Harz, das sich zwischen Spannbacke 46 und Blechpaket 13 befände, würde ebenfalls aushärten.
Wenn sich Harz zwischen Spannbacke 46 und Blechpaket 13 befindet und aushärtet, ergeben sich die folgenden Nachteile:
• Der Innendurchmesser des Blechpakets wird durch das ausgehärtete Harz verschmutzt.
• Am fertigen Stator ist in der Regel ein Innendurchmesser frei von Harz bzw. nur ein minimaler Harzauftrag erwünscht.
• Der Spanndorn 44 lässt sich durch das gelierte/ausgehärtete Harz nur schwer vom Blechpaket 13 lösen.
• Es bleiben Harzreste an den Spannbacken 46 sowie am Innendurchmesser des Blechpakets 13 zurück.
• Bei weiterer Verwendung des Spanndorns 44 baut sich immer mehr Harz an den Spannbacken 46 auf, was mit jedem zusätzlich geträufelten Stator 12 zu einem größeren Harzauftrag am Statorinnendurchmesser führt.
Es sind verschiedene Versuche durchgeführt worden, um die voranstehenden Nachteile zu vermeiden. Bei einem ersten Ansatz, den Harzauftrag am Innendurchmesser zu eliminieren, hat man versucht, die Geometrie der Backen zu variieren. Die Form der Spannbacken wurde dem Statorinnendurchmesser angepasst und die Nutzwischenräume wurden ausgespart. Somit sollten die Kapillaren zwischen dem Blechpaket und der Spannbacken eliminiert oder verkleinert werden. Dies hatte jedoch weiterhin einen teils erheblichen Harzauftrag zur Folge, sodass die Anforderungen von Statorherstellern ohne eine Reinigung des Statorinnendurchmessers nicht erfüllt werden konnten.
In einem weiteren Ansatz hat man eine linienförmige Auflage der Spannbacken 46 vorgesehen. Eine linienförmige Auflage der Spannbacken 46 führte aber ebenfalls zu keinen besseren Ergebnissen und barg zudem das Risiko einer möglichen Deformation des Blechpakets 13.
Des Weiteren wurden mehrere Versuchsreihen mit einer Reinigung des Spanndorns 44 durchgeführt. Da sich das Harz wie beschrieben auf den Spannbacken 46 aufbaut, war bei einem gereinigten Spanndorn 44 nur ein minimaler Harzauftrag vorhanden. Prinzipiell ist dieses Verfahren für einige Herstellverfahren mit geringerer Stückzahl geeignet, sofern ein minimaler Harzauftrag am Statorinnendurchmesser zulässig ist. Es muss jedoch eine regelmäßige Reinigung des Spanndorns 44 bzw. der Spannbacken 46 erfolgen, welche in eine Anlagentechnik für eine Serienanlage integriert werden muss (Inline-Reinigung). Das ist aufgrund des zusätzlichen Platzbedarfs meist nicht möglich. Des Weiteren sind derzeit am besten geeignete Reinigungskonzepte (Laserreinigung bzw. Trockeneisreinigung) sehr teuer, was das gesamte Anlagenkonzept sehr aufwändig und somit kostenintensiv macht.
Um den Kapillareffekten entgegenzuwirken, wurden weiter Versuche mit beschichteten Spannbacken 46 (Antihaftbeschichtung) durchgeführt. Diese waren jedoch ebenfalls nicht zielführend, zumal die Beschichtung durch den teils scharfkantigen Innendurchmesser sehr leicht beschädigt wurde.
Alle oben beschriebenen Versuche wurden mit Metallbacken durchgeführt. Die nächste Versuchsreihe wurde mit Kunststoffbacken (Spannbacken 46 aus Kunststoff) durchgeführt. Ziel der Versuche war, die Unebenheiten und den daraus entstehenden Zwischenräumen zwischen Spannbacke 46 und des Innendurchmessers des Blechpakets 13 durch eine verformbare Spannbacke 46 zu verschließen. Dadurch waren keine Kapillaren mehr vorhanden. Dieses Prinzip funktioniert für eine kleine Anzahl an Statoren 12 mit denselben Spannbacken 46 sehr gut. Jedoch hat der teils scharfkantige Innendurchmesser die Spannbacken 46 nach wenigen gefertigten Statoren 12 beschädigt. Dadurch entstanden wiederum Zwischenräume zwischen Spannbacke 46 und Blechpaket 13. Dieser füllte sich mit Harz und hatte einen Harzauftrag am Innendurchmesser des Blechpakets 13 zur Folge. Die Standzeit dieser Kunststoffbacken war sehr gering (<20 Bauteile). Somit war dieser Ansatz nicht für eine Serienanlage, auf der mehrere Hundert Bauteile 10 pro Tag produziert werden sollen, geeignet. Die Kosten für die als Verschleißteile oft auszutauschenden Spannbacken 46 wären sehr hoch und die Spannbacken müssten händisch gewechselt werden. Die Standzeit ist teilweise sehr unterschiedlich, und somit sollten die Spannbacken 46 vorbeugend getestet werden bzw. ein System zur Überwachung des Zustands der Spannbacken 46 sollte in die Anlagentechnik integriert werden.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird die Imprägniervorrichtung 24 vorgeschlagen, von der ein Ausführungsbeispiel genauer in Fig. 6 und 7 wiedergegeben ist. Die Imprägniervorrichtung 24 ist zum Imprägnieren von Bauteilen 10 einer elektrischen Maschine in Serienproduktion ausgebildet, und umfasst die Harzauftragseinrichtung 26 zum Aufträgen eines Harzes auf einen ersten Bereich 54 eines sich in der Imprägniervorrichtung 24 drehenden Bauteils 10 und die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 zum Richten einer Sperrgasströmung 34 auf wenigstens einen sich an den ersten Bereich 54 anschließenden zweiten Bereich 56 des Bauteils 10, um ein Fließen des Harzes von dem ersten Bereich 54 zu dem oder über den zweiten Bereich 56 zu verhindern.
Als Sperrgas kommt vorzugsweise - weil einfach zu realisieren und kostengünstig - Luft zum Einsatz; je nach gewünschter Atmosphäre können auch andere Gase eingesetzt werden. Die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 24 weist wenigstens eine Sperrgasleitung 58 und eine Sperrgasdüse 60 auf.
Der erste Bereich 54 ist insbesondere der Bereich, in dem das Harz aufgeträufelt wird. Dies ist bei dem dargestellten Beispiel eines Stators 12 als Bauteil 10 insbesondere der Ringbereich, in dem sich Wicklungsköpfe der Spulenwicklung 22 befinden und in dem die Isolationspapiere 18 und die Drähte 42 aus den Nuten 16 vorstehen. Der zweite Bereich 56 weist bei dem Beispiel des Stators 12 als Bauteil den Innenrand 62 des Blechpakets 13 und einen Ringbereich des Innendurchmessers des Stators 12 auf.
Das Harz wird zum Beispiel durch eine geeignete Luftführung einer separaten Sperrluftdüse (Beispiel für die Sperrgasdüse 60), welche im Bereich der Träufeldüse 40 angeordnet ist, am Fluss in den Innendurchmesser gehindert.
Durch die beispielsweise als Luftströmung ausgebildete Sperrgasströmung 34 fließt das Harz nicht bzw. kaum mehr zwischen Blechpaket 13 und Isolationspapier 18 und wird zusätzlich in die Nut 16 zwischen Isolationspapier 18 und Draht 42 gelenkt.
Dadurch kann die Verschmutzung am Innendurchmesser komplett eliminiert werden.
Bei einer Versuchsfertigung eines Stators für einen Elektrofahrzeugfahrmotor ist dieses Verfahren bereits erfolgreich getestet worden. Dabei wurden zehn Statoren 12 angefertigt und imprägniert. Diese Statoren 12 wiesen keinerlei Verschmutzung am Innendurchmesser auf.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32, die jeweils wenigstens eine Sperrgasleitung 58 und wenigstens eine Sperrgasdüse 60 aufweisen. Die wenigstens eine Sperrgasdüse 60 weist weiter eine oder mehrere Düsenöffnungen 62 auf. Wie Fig. 7 zeigt, weisen vorteilhafte Ausgestaltungen der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 weiter wenigstens eine Druckgasquelle 64 und/oder eine Temperiereinrichtung 66 auf.
Die Druckgasquelle 64 ist zum Beispiel als Pumpe oder Druckgastank ausgebildet und dient dazu, ein Gas, insbesondere Luft, mit einem relativ zu einem Umgebungsdruck an dem ersten Bereich 54 um 0,05 bis 4 Bar, vorzugsweise 0,05 bis 1 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,2 Bar erhöhten Druck über die Sperrgasleitung 58 an die wenigstens eine Sperrgasdüse 60 zu liefern.
Die Temperiereinrichtung 66 weist z.B. einen Wärmetauscher, eine Heizeinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung auf und ist zur Temperaturbeeinflussung des die Sperrgasströmung 34 erzeugenden Gases, insbesondere Luft, ausgebildet.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Sperrgasdüse 60 an einem Halter 68 gehalten, der zwischen einer Betriebsstellung zum Imprägnieren des Bauteils 10 und einer Ruhestellung zum Austauschen des zu imprägnierenden Bauteils 10 bewegbar ist. Insbesondere ist auch die Träufeldüse 40 an dem Halter 68 gehalten, so dass die Träufeldüse 40 und die Sperrgasdüse 60 gemeinsam und somit gekoppelt bewegbar sind und in der Betriebsstellung passend zueinander positioniert sind. Bei einer anderen Ausgestaltung sind unterschiedliche bewegbare Halter 68 für die Träufeldüse 40 und die Sperrgasdüse 60 vorgesehen, wobei die Bewegung dieser unterschiedlichen Halter 68 gekoppelt ist.
Wie weiter in Fig. 7 dargestellt, sind bei einer Ausgestaltung mehrere Düsenöffnungen 62 vorgesehen, die sich mit wenigstens einer Richtungskomponente in eine bezüglich der Drehachse 38 radiale Richtung von innen nach außen erstrecken. Dadurch lässt sich die Sperrgasströmung 34 in radialer Richtung erzeugen. Eine oder mehrere der Düsenöffnungen 62 sind bei einer Ausgestaltung auch schräg angeordnet, so dass die Sperrgasströmung 34 auch eine Richtungskomponente in axialer Richtung erhält. Insbesondere ist zumindest ein Teil der Sperrgasströmung in axialer Richtung von dem zweiten Bereich 56 hin zu dem ersten Bereich 54 gerichtet. Von dem ersten Bereich 54 zu dem zweiten Bereich 56 fließendes Harz wird durch diese Strömungskomponente zurück in den ersten Bereich 54 gedrängt.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Sperrgasdüse 60, mit der die z.B. als Luftströmung ausgebildete Sperrgasströmung 34 entgegen der Fließrichtung des Harzes gedrückt wird. Die in Fig. 7 dargestellte Sperrgasdüse 60 ist an einer Art Lanze ausgebildet, die in axialer Richtung ausgerichtet ist und durch den Halter 68 in der Betriebsstellung derart gehalten wird, dass das eine Ende in das Blechpaket 13 hinein ragt, um die Düsenöffnungen 62 auf den zweiten Bereich 56 zu richten. An der so ausgebildeten Gasleitung 58, die sich zumindest teilweise axial erstreckt, ist eine in axialer Richtung aufeinanderfolgende Reihe von Düsenöffnungen 62 vorgesehen. Fig. 6 zeigt die Anordnung einer in Fig. 7 gezeigten Sperrgasdüse 60 in der Betriebsstellung innerhalb des Stators 12. Mit der unteren Düse - Träufeldüse 40 - wird Harz dosiert, mit der rechten Düse - Sperrgasdüse 60 - wird ein z.B. als Luftvorhang (Sperrluft) ausgebildeter Sperrgasvorhang aufgebaut. Die Drehrichtung des Stators 12 ist bei Fig. 6 gegen den Uhrzeigersinn.
Wie in Fig. 8 dargestellt, kann die Sperrgasdüse 60 oder wenigstens eine von mehreren Sperrgasdüsen 60 auch als Ringdüse 70 mit um einen Umfang herum angeordneten Düsenöffnungen 62 ausgebildet sein.
Die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 ist bei einer anderen, in Fig. 9 dargestellten Ausgestaltung zumindest teilweise an dem Spanndorn 44 der Spanneinheit 36 ausgebildet. Je eine Sperrgasleitung 58 erstreckt sich durch jeden oder einige der Spannbacken 46. Diese Spannbacken 46 weisen an ihren Enden weiter mehrere Düsenöffnungen 62 auf, so dass die Sperrgasdüsen 60 an den Spannbacken 46 ausgebildet sind. Somit wird der Kontaktbereich der Spannbacken 46 als zweiter Bereich 56 frei von Harz gehalten. Wie in Fig. 9 gezeigt, bleiben die Spannbacken 46 des Spanndorns (oder einer Spannzange) nach dem Träufeln frei von Harz.
Fig. 10 zeigt noch eine veränderte Spannbacke 46 einer derzeit besonders bevorzugten Varianten der in Fig. 9 gezeigten Ausgestaltung. Demnach weist die Spannbacke 46 einen Spannbackengrundkörper 72 - z.B. in Form einer Grundbacke - mit Sperrgasleitung 58 und Düsenöffnungen 62 sowie eine gaspermeable Schicht 74 oder einen gaspermeablen Körper 76 - beispielsweise in Form eines permeablen Aufsatzes - auf. Die Kontaktfläche 78, mit der die Spannbacke 46 das Bauteil 10 erfasst, ist an der gaspermeablen Schicht 74 bzw. dem gaspermeablen Körper 76 ausgebildet. In dem Spannbackengrundkörper 72 ist zum Beispiel eine Luftführung eingebracht. Sperrgas wie zum Beispiel Luft durchströmt den gaspermeablen Körper 76 vom Spannbackengrundkörper 72 ausgehend in Richtung zur Kontaktfläche 78.
Der gaspermeable Körper 76 ist mittels Schrauben 80 - oder anderer lösbarerer Befestiger - lösbar an dem Spannbackengrundkörper 72 befestigt und kann bei Verschleiß ausgetauscht werden.
Wie dieses Ausführungsbeispiel zeigt, lässt sich ein Luftpolster oder ein anderes Sperrgaspolster mittels einer (zumindest teilweise oder auch ganz) permeablen Spannbacke 46 aufbauen.
Die gaspermeable Schicht 74 oder der gaspermeable Körper ist zum Beispiel aus einem porösen Metall, gegebenenfalls mit Bindemittel gebildet. Gut geeignet hierfür ist ein poröses Aluminium oder ein poröser Stahl. Poröse Blöcke und Platten aus Aluminium mit Bindemittel oder Stahl/Chromstahl/Edelstahl mit Bindemittel, aus denen die Schicht 74 oder der Körper 76 hergestellt werden können, sind auf dem Markt erhältlich, z.B. von der Fa. ALWA Technische Produkte für Kunststoffverarbeitung, Modell- und Formbau GmbH, Gronau.
Bei anderen, hier nicht näher dargestellten Ausgestaltungen ist eine Kombination der in den Fig. 7 bis 10 dargestellten unterschiedlichen Ausgestaltungen von Sperrgasdüsen 60 vorgesehen. Zum Beispiel ist zusätzlich zu der in Fig. 9 oder 10 gezeigten Ausbildung von Sperrgasdüsen 60 an den Spannbacken 46 die in Fig. 7 und/oder Fig. 8 dargestellte Ausbildung als zusätzliche Sperrgasdüse 60 vorgesehen. Die in den Fig. 7 bis 10 gezeigte, z.B. als Sperrluftdüse ausgebildete Sperrgasdüse 60 wird mit einem relativen Druck von 0,1 -0,2 bar beaufschlagt. Bei den Ausgestaltungen nach den Fig. 7 und 8 wird die Sperrgasdüse 60 an die Bewegung der Träufeldüse 40 gekoppelt. Somit sind keine weiteren (Maschinen- )Achsen notwendig. Die Sperrgasdüse 60 bleibt ortsfest und muss sich nicht mit dem Stator 12 drehen.
Nach ersten Versuchen zeigte sich, dass beste Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die z.B. als Luftströmung ausgebildete Sperrgasströmung 34 senkrecht auf den Innendurchmesser des Blechpakets 13 gerichtet wird und die erste Düsenöffnung 62a (siehe Fig. 7) bündig mit der Stirnseite des Blechpakets 13 ausgerichtet wird.
Um ein Abkühlen des Blechpakets 13 zu verhindern, kann das Sperrgas durch die Temperiereinrichtung 66 bereits auf die Statortemperatur erwärmt werden. Hier ergibt sich weiterhin ein Spielraum mit unterschiedlichen Temperaturen.
Wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, ergibt sich eine weitere mögliche Umsetzung durch eine Integration der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung 32 in den Spanndorn 44. Hierbei kann eine Kopplung des Spanndorns 44 anlagenseitig mit Luft erfolgen, des Weiteren eine integrierte Luftführung im Spanndorn.
Die Sperrluft braucht nur während des Träufel prozesses appliziert zu werden. Im Gelierofen bzw. im Härteofen ist Sperrluft nicht mehr erforderlich.
Durch die Verwendung von Sperrgas, wie insbesondere Sperrluft kann handelsüblicher Stahl als Material für die Spannbacken 46 verwendet werden. Dadurch können hohe Standzeiten der Spanndorne 44 erreicht werden. Nach den ersten Versuchen zeigte sich keine negative Auswirkung auf den Füllgrad des Stators 12 bzw. auf die Harzverteilung am Wickelkopf (Beispiel für erster Bereich 54). Bezugszeichenliste:
10 Bauteil
12 Stator
13 Blechpaket
14 Gehäuse
16 Nut
18 Isolationspapier
20 Drahtabschnitte
22 Spulenwicklung
24 Imprägniervorrichtung
26 Harzauftragseinrichtung
28 Träufeleinrichtung
29 Dreheinrichtung
30 Imprägnieranordnung
32 Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung
34 Sperrgasströmung
36 Spanneinheit
38 Drehachse
40 Träufeldüse
42 Drähte
44 Spanndorn
46 Spannbacke
48 Schweißnaht
50 erste Position
52 zweite Position
54 erster Bereich
56 zweiter Bereich
58 Sperrgasleitung
60 Sperrgasdüse
62 Düsenöffnung
62a erste Düsenöffnung
64 Druckgasquelle
66 Temperiereinrichtung
68 Halter Ringdüse Spannbackengrundkörper gaspermeable Schicht gaspermeabler Körper Kontaktfläche Schraube

Claims

Ansprüche:
1. Imprägniervorrichtung (24) zum Imprägnieren von Bauteilen (10) einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend: eine Harzauftragseinrichtung (26) zum Aufträgen eines Harzes auf einen ersten Bereich (54) eines sich in der Imprägniervorrichtung (24) drehenden Bauteils (10) und eine Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) zum Richten einer Sperrgasströmung (34) auf wenigstens einen sich an den ersten Bereich (54) anschließenden zweiten Bereich (56) des Bauteils (10), um ein Fließen des Harzes von dem ersten Bereich (54) zu dem oder über den zweiten Bereich (56) zu verhindern.
2. Imprägniervorrichtung (24) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Dreheinrichtung (29) zum Drehen des ringförmigen Bauteils (10) um eine Drehachse (38) vorgesehen ist und
2.1 dass der erste Bereich (54) und der zweite Bereich (56) bezüglich der Drehachse (38) des Bauteils (10) axial und/oder radial benachbart zueinander sind und/oder
2.2 dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) zum Erzeugen der Sperrgasströmung (34) in der radialen und/oder axialen Richtung von innen nach außen ausgebildet ist.
3. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) wenigstens eine Sperrgasdüse (60) mit einer oder mehreren Düsenöffnungen (62) zum Richten der Sperrgasströmung (34) auf den zweiten Bereich (56) aufweist.
4. Imprägniervorrichtung (24) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzauftragseinrichtung (26) wenigstens eine zwischen einer Betriebsstellung und einer Ruhestellung bewegbare Träufeldüse (40) zum Aufträufeln von Harz auf den ersten Bereich (54) des Bauteils (10) aufweist und/oder dass die Sperrgasdüse (60) mit der Bewegung der Träufeldüse (40) gekoppelt bewegbar ist.
5. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) eine Druckgasquelle (64) zum Liefern eines Gases mit einem relativ zu einem Umgebungsdruck an dem ersten Bereich um 0,05 bis 4 Bar, vorzugsweise 0,05 bis 1 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,2 Bar erhöhten Druck aufweist.
6. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) eine Temperiereinrichtung (66) zur Temperaturbeeinflussung des die Sperrgasströmung (34) erzeugenden Gases aufweist.
7. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) eine Ringdüse (70) mit um einen Umfang herum angeordneten Sperrgasdüsenöffnungen (62) und/oder eine sich zumindest mit einer Richtungskomponenten in axialer Richtung erstreckende Gasleitung (58) mit einer in der axialen Richtung aufeinanderfolgenden Reihe von Sperrgasdüsenöffnungen (62) aufweist.
8. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) eine gaspermeable Schicht (74) oder einen gaspermeablen Körper (76) aufweist, durch welche(n) hindurch die Sperrgasströmung zu dem Bauteil (10) leitbar ist.
9. Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine durch einen Drehantrieb drehend antreibbare Spanneinheit (36) mit Spannbacken (46) zum Einspannen des Bauteils (10) während des Imprägnierens, wobei zumindest ein Teil der Sperrgasströmungserzeugungseinrichtung (32) an oder in der Spanneinheit (36) angeordnet ist.
10. Imprägniervorrichtung (24) nach Anspruch 8 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Spannbacken (46) die gaspermeable Schicht (74) oder den gaspermeablen Körper (76) aufweist, um die Sperrgasströmung durch die gaspermeable Schicht oder den gaspermeablen Körper zu dem Bauteil (10) zu leiten.
11. Imprägniervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbacke (46) einen Spannbackengrundkörper (72) und den an dem Spannbackengrundkörper (72) angebrachten gaspermeablen Körper (76) aufweist, wobei der Spannbackengrundkörper (72) mit einer Sperrgasleitung (58) und/oder Düsenöffnung (62) zum Durchleiten von Sperrgas zu dem gaspermeablen Körper (76) versehen ist und der gaspermeable Körper (76) eine Kontaktfläche (78) der Spannbacke (46) zum Erfassen des Bauteils (10) aufweist.
12. Imprägnieranordnung (30) mit einer Imprägniervorrichtung (24) nach einem der voranstehenden Ansprüche und einem zu imprägnierenden Bauteil (10) zum Bilden eines Stators (12) einer elektrischen Maschine, wobei das Bauteil (10) ein ringförmiges Blechpaket (13) mit Nuten (16) aufweist, in denen elektrische Leiter (20, 42) eingesetzt sind, die aus Nutöffnungen hervorstehen, wobei der erste Bereich (54) ein die Nutöffnungen aufweisender oder an die Nutöffnungen angrenzender Ringbereich ist und der zweite Bereich (56) ein dem Ringbereich benachbarter Innenrandbereich des Blechpakets (13) ist.
13. Imprägnierverfahren zum Imprägnieren von Bauteilen (10) einer elektrischen Maschine in Serienproduktion, umfassend: a) Aufträgen von Harz auf einen ersten Bereich (54) des Bauteils (10) und b) Richten einer Sperrgasströmung (34) auf einen an den ersten Bereich (54) angrenzenden zweiten Bereich (56) des Bauteils (10), um ein Fließen von Harz zu dem oder über den zweiten Bereich (56) zu vermeiden.
14. Imprägnierverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) wenigstens einen oder mehrere der folgenden Schritte umfasst: a1) Drehen des ringförmigen Bauteils (10) während des Auftragens um eine Drehachse (38); a2) Aufträufeln des Harzes mittels wenigstens einer Träufeldüse (40); a3) Temperieren des Harzes vor dem Aufträgen auf eine vorbestimmte Temperatur; a4) Temperieren des Bauteils (10) vor und/oder während des Auftragens auf eine vorbestimmte Temperatur; a5) Bewegen einer Träufeldüse (40) zu einer Betriebsstellung zum Aufräufeln und in eine Ruhestellung zum Aufnehmen eines neuen Bauteils (10) und Entfernen eines bereits beträufelten Bauteils (10).
15. Imprägnierverfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) wenigstens einen oder mehrere der folgenden Schritte aufweist: b1 ) Leiten der Sperrgasströmung (34) mit einer bezüglich einer Mittelachse des ringförmigen Bauteils (10) radialen Richtungskomponente von innen nach außen, b2) Leiten der Sperrgasströmung (34) in wenigstens einer Strömungsrichtung mit einer bezüglich einer Mittelachse des ringförmigen Bauteils axialen Richtungskomponente, b3) Temperieren der Sperrgasströmung (34) auf eine vorbestimmte Temperatur; b4) Erzeugen der Sperrgasströmung (34) durch eine Reihe von Düsen oder Düsenöffnungen (62), um einen Sperrgasvorhang zu erzeugen, b5) Erzeugen eines sich zumindest mit einer Richtungskomponente in eine bezüglich der Mittelachse des ringförmigen Bauteils (10) axiale Richtung erstreckenden Sperrgasvorhangs, b6) Erzeugen eines sich zumindest bereichsweise in eine Umfangsrichtung, bezüglich der Mittelachse des ringförmigen Bauteils (10), erstreckenden Sperrgasvorhangs; b7) Bereitstellen von Druckluft als Sperrgas mit einem Überdruck im Bereich von 0,05 bis 4 Bar, vorzugsweise 0,05 bis 1 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,2 Bar; b8) Erzeugen der Sperrgasströmung (34) mittels einer Sperrgasdüse (60), die eine Reihe von Düsenöffnungen (62) aufweist; b9) Bewegen einer Sperrgasdüse (60) in eine Betriebsstellung zum Erzeugen der Sperrgasströmung (34) und in eine Ruhestellung zum Aufnehmen eines neuen Bauteils (10) und Entfernen eines bereits beträufelten Bauteils (10).
16. Imprägnierverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) umfasst:
Leiten der Sperrgasströmung (34) durch eine gaspermeable Schicht (74) oder einen gaspermeablen Körper (76) hindurch zu dem Bauteil (10).
17. Imprägnierverfahren nach Anspruch 16, umfassend den Schritt: Halten des Bauteils (10) unter Anpressen der gaspermeablen Schicht (74) oder des gaspermeablen Körpers (76) an dem Bauteil (10).
18. Imprägnierverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, zum Imprägnieren eines Bauteils (10) zum Ausbilden eines Stators (12) einer elektrischen Maschine, welches Bauteil (10) ein ringförmiges Blechpaket (13) mit Nuten (16) aufweist, in denen elektrische Leiter (20, 42) eingesetzt sind, die aus Nutöffnungen hervorstehen, wobei Schritt a) umfasst:
Aufträgen des Harzes in einem die Nutöffnungen aufweisenden oder an die Nutöffnungen angrenzenden Ringbereich, und wobei Schritt b) umfasst: Richten der Sperrgasströmung (34) auf einen an den Ringbereich angrenzenden Innenrandbereich des Blechpakets (13).
19. Imprägnierverfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch
Halten des Blechpakets (13) mittels einer Spanneinheit (36), die an einem Innenumfang des Blechpakets (13) angreifende Spannbacken (46) aufweist und Verhindern eines Fließens von Harz zu dem Innenumfang durch die Sperrgasströmung.
20. Imprägnierverfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch drehendes Antreiben der Spanneinheit (36), um das Bauteil (10) um seine Mittelachse während des Harzauftrags zu drehen.
21. Imprägnierverfahren nach Anspruch 17 und nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei das Blechpaket (13) mittels der Spannbacken (46) gehalten wird, die zumindest an der Kontaktfläche (78) zu dem Blechpaket (13) einen gaspermeablen Bereich (74, 76) aufweisen, wobei Sperrgas durch die Spannbacke (46) und den gaspermeablen Bereich (74, 76) zu dem Blechpaket (13) geleitet wird.
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