WO2023066711A1 - Blechlaminateinheit und verfahren zur herstellung einer blechlaminateinheit - Google Patents

Blechlaminateinheit und verfahren zur herstellung einer blechlaminateinheit Download PDF

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WO2023066711A1
WO2023066711A1 PCT/EP2022/078182 EP2022078182W WO2023066711A1 WO 2023066711 A1 WO2023066711 A1 WO 2023066711A1 EP 2022078182 W EP2022078182 W EP 2022078182W WO 2023066711 A1 WO2023066711 A1 WO 2023066711A1
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WO
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sheet metal
metal laminate
sheets
edge
unit
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PCT/EP2022/078182
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Inventor
Magnus Reichert
Patricia Modl
Florian Hassler
Original Assignee
Elringklinger Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/04—Details of the magnetic circuit characterised by the material used for insulating the magnetic circuit or parts thereof
    • 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
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to the field of sheet metal laminates, in particular electrical sheet laminates, which are required for the assembly of rotors and stators for electrical machines.
  • Methods for producing a sheet stack are known from WO 2014/089593 A1, WO 2012/059588 A1, WO 2016/033630 A1 and WO 2021/048175 A1.
  • WO 2017/174215 A1 discloses a precision blanking method for blanking metal parts.
  • a multi-layer base material with a number of individual layers lying one on top of the other is arranged and clamped partly between a stamping tool and a holding-down device and partly between a punch and a counter-stamp.
  • the punch and the counter punch are moved relative to the punch and the blank holder. Several punched parts are cut and separated from the multi-layer base material.
  • the object of the present invention is to provide efficient electrical machines and their preliminary products and at the same time to provide them in a form that can be produced quickly using a simple production method.
  • All metal sheets come into consideration as metal sheets with which a sheet metal laminate can be produced which can be used for the construction of a rotor or a stator.
  • the laminations are, for example, electrical laminations, in particular comprising an iron-silicon alloy. It can be favorable if the sheets are produced by cold rolling and subsequent annealing.
  • the sheet thickness is not limited.
  • Preferred metal sheets are each at least 0.03 mm, in particular at least 0.06 mm, e.g. at least 0.10 mm thick.
  • Preferred metal sheets are each at most 0.60 mm, in particular at most 0.50 mm, e.g. at most 0.35 mm thick.
  • Particularly preferred metal sheets are 0.03 to 0.60 mm thick, in particular 0.06 to 0.50 mm thick, for example 0.10 to 0.35 mm thick.
  • the yield strength of the sheets can be in the range of 300 to 500 MPa, for example.
  • the specified values refer to the 0.2% yield strength, measured according to DIN EN ISO 6892-1.
  • the tensile strength of the sheets can each be in the range of 440 to 590 MPa, for example. It is determined according to DIN EN ISO 6892-1.
  • the sheets are electrically isolated from each other.
  • the supporting composite layer arranged between the metal sheets itself can be an electrically insulating supporting composite layer.
  • the metal sheets can therefore be electrically insulated from one another by the supporting composite layer.
  • Electrically isolated from each other does not mean a complete electrical isolation that cannot be achieved in practice, but rather a degree of electrical isolation that is based on what is understood in the technical field of electrical sheet laminates as electrical insulation of electrical sheets with regard to normal operating voltages becomes.
  • an insulating layer e.g. baked lacquer layer
  • insulating layers formed from baked lacquer are common in sheet metal laminates for rotors and stators of electric motors and are known to those skilled in the art.
  • the metal sheets can therefore be electrically isolated from one another by the insulating layer.
  • the insulating layer can be, for example, a C5 or C3 quality insulating varnish.
  • the insulating layer opens up the possibility of choosing the material of the supporting composite layer independently of its electrical conductivity.
  • the insulating layer can develop an adhesion-promoting effect.
  • the insulating layer can protect the metal sheets from corrosion, e.g. during transport to the place where the sheet metal laminates are manufactured.
  • the sheet metal laminate unit comprises two sheets. It can therefore be made up of two or more metal sheets.
  • the sheet metal laminate unit is preferably made up of 2 to 20 sheets, in particular of 2 to 12 sheets, particularly preferably of 2 to 8 sheets, e.g. of 2 to 4 sheets.
  • the sheet-metal laminate unit is made up of more than two sheets, all sheets that are adjacent to one another in the layer structure are preferably electrically insulated from one another.
  • a supporting composite layer is preferably arranged between sheets that are adjacent to one another in the layer structure.
  • the thickness of the support composite layer is not limited. It is preferably at least 1.0 ⁇ m, in particular at least 2.5 ⁇ m, for example at least 4 ⁇ m. Thinner gauges can promote unwanted electrical contacts between sheets at punched edges. The minimum thicknesses specified here can therefore ultimately increase the efficiency of electrical machines that are manufactured using the sheet-metal laminate units according to the invention.
  • the thickness of the supporting composite layer is preferably at most 25 ⁇ m, in particular at most 16 ⁇ m, for example at most 10 ⁇ m. Greater thicknesses result in an increased proportion of support composite layer(s) in the overall thickness of the sheet metal laminate unit. Compliance with the maximum thicknesses specified here can ultimately increase the power density of electrical machines that are manufactured using the sheet metal laminate units.
  • the thickness of the support composite layer can be 1.0 to 25 ⁇ m, in particular 2.5 to 16 ⁇ m, for example 4 to 10 ⁇ m. With regard to the efficiency and the power density of electrical machines that are manufactured using the sheet metal laminate units, this can represent an optimum.
  • the thickness of the support composite layer can be 0.5 to 15% of the sheet thickness, for example 1 to 10% of the sheet thickness of the sheets between which the support composite layer is arranged, in certain sheet laminated units.
  • the information on the absolute and relative thicknesses of the supporting composite layer thus preferably also applies to at least one other protective layer or all other protective layers if there are a plurality of supporting composite layers in the sheet metal laminate unit.
  • the thickness of known insulating layers is significantly less.
  • Their thickness can be, for example, 0.5 to 5.0 ⁇ m, for example 1 ⁇ m to 4.5 ⁇ m. In the case of certain insulating layers, however, it can be, for example, 0.5 to 2.0 ⁇ m, preferably at most 1 ⁇ m.
  • Its thickness can be, for example, 0.15 to 5%, for example 0.15 to 2%, of the thickness of the metal sheet on the surface of which the insulating layer is attached.
  • a thickness of a support compound layer can be more than 4 ⁇ m and the thickness of an insulating layer can be at most 4 ⁇ m.
  • Information on the thickness of layers refers to the thickness in the sheet metal laminate in an area separated from the punching edge described in more detail below, i.e. in an area in which the layer thickness is not distorted and/or changed by the forces acting during punching.
  • the surface area of the laminated sheet metal unit is limited by a punched edge.
  • the surface area of the laminated sheet metal unit is preferably limited all around by the punched edge. This means that the punched edge goes around the sheet metal laminate unit.
  • the surface area of the laminated sheet metal unit can be limited by a second punched edge.
  • the surface area of a preferred sheet metal laminate unit is limited outwards all around by a first punched edge and inwards all around by a second punched edge.
  • Such sheet metal laminate units are obtained, for example, when a sheet metal laminate unit delimited on all sides by a first stamped edge is produced from a sheet metal laminate in a first stamping processing step and a (central) partial area is removed from it in a second stamping processing step.
  • the circuit board is placed in the block cutting tool and the entire geometry is punched in one stroke.
  • the support composite layer may comprise a synthetic resin, preferably a phenolic resin, an epoxy resin, a melamine resin, a silicone resin, an organo-silicone resin or an acrylic resin; eg a phenolic resin, an epoxy resin melamine resin or an acrylic resin.
  • a synthetic resin preferably a phenolic resin, an epoxy resin, a melamine resin, a silicone resin, an organo-silicone resin or an acrylic resin
  • a phenolic resin, an epoxy resin melamine resin or an acrylic resin eg a phenolic resin, an epoxy resin melamine resin or an acrylic resin.
  • Certain acrylic resins can have the disadvantage that they cannot be applied over the entire surface.
  • the Shore hardness of the supporting composite layer can be 10 to 100 Shore A, for example 10 to 60 Shore A.
  • the Shore hardness is measured on a special sample.
  • the supporting composite material is dried/vulcanized in such a layer thickness that a thickness is reached at which measurements can be carried out in accordance with standards and without the influence of the substrate.
  • the roller peel strength (DIN EN 1464) of the supporting composite layer is preferably at least 1.1 N/mm, in particular at least 1.7 N/mm, particularly preferably at least 2.5 N/mm, e.g. at least 3.0 N/mm.
  • the roll peel strength in the unit N/mm can correspond to at least twice, in particular at least three times, e.g. at least four times the thickness of the metal sheet closest to the supporting composite layer, measured in the unit mm. If the sheet metal is 0.2 mm thick, for example, the roller peel strength can be at least 0.4 N/mm, in particular at least 0.6 N/mm, e.g. at least 0.8 N/mm. If the sheet metal is 0.35 mm thick, for example, the roller peel strength can be at least 0.7 N/mm, in particular at least 1.05 N/mm, e.g. at least 1.4 N/mm. This is particularly true when the sheet is an electrical steel sheet comprising an iron-silicon alloy and/or when the electrical steel sheet is made by cold rolling followed by annealing.
  • the tensile shear strength of the supporting composite layer can be, for example, at least 3 N/mm, preferably at least 4 N/mm, particularly preferably at least 5 N/mm.
  • pl is the apparent resistivity in an edge area of the sheet metal laminate unit.
  • p2 is the apparent resistivity in an area of the sheet metal laminate unit remote from the edge area.
  • the quotient a is at least 0.001, preferably at least 0.005, particularly preferably at least 0.01, for example at least 0.02. It can also be at least 0.05, more preferably at least 0.15 or, for example, at least 0.30.
  • Measuring the apparent resistivity in an edge region of the sheet metal laminate assembly is one way to quantify the extent of undesired electrical contacts between sheets at the stamping edge. The less pronounced such electrical contacts between sheets at the punched edge, the higher the apparent specific resistance in the edge area.
  • an edge piece is separated from the sheet metal laminate unit at the edge area in such a way that the area of the severed edge piece is one square centimeter and that the punched edge occupies one centimeter of the edge of the severed edge piece.
  • a reference piece one square centimeter in size, separated from the punched edge, is separated from the laminated sheet metal unit.
  • the electrical resistances of the edge piece and the reference piece are measured in the thickness direction, ie orthogonal to the sheet planes. From the electrical resistances, the apparent resistivities are calculated in the usual way, taking into account the thickness of the pieces and the area of each one cm2.
  • the quotient a is calculated according to equation (I) from the apparent specific resistance p1 determined for the edge piece and the apparent specific resistance p2 determined for the reference piece. If the thickness of the edge piece and the reference piece is approximately the same, the quotient a can also be calculated directly from the two measured electrical resistances.
  • edge piece and reference piece can be separated, for example, by water jet cutting.
  • a first mass fraction of material other than sheet metal in an edge region of the sheet metal laminate unit is at least 20%, in particular at least 30%, particularly preferably at least 50%, e.g. at least 60%, of a second mass fraction of material other than sheet metal in one of the Stamping edge offset area of sheet metal laminate unit.
  • the first mass fraction can be determined from the boundary piece described above. The mass of the edge piece is determined, then the metal sheets of the edge piece are separated from one another, the material portions other than sheet metal are removed and the remaining sheet metal portions are weighed again. Subtract the mass of the remaining sheet metal portions from the mass of the edge piece and calculate the first mass fraction by dividing the result of the subtraction by the mass of the edge piece.
  • the second mass fraction can be determined in the same way from the comparison piece described above.
  • the material other than sheet metal can be material of the supporting composite layer(s) and, if present, e.g. also material of the insulating layer(s).
  • a sheet metal spacing dl between the sheets at the punched edge is preferably at least 10%, in particular at least 20%, more preferably at least 30%, particularly preferably at least 45%, e.g. at least 60%, of a sheet metal spacing d2 in a region of the sheet metal laminate unit that is offset from the punched edge.
  • This also means that material of the supporting composite layer and any other material present between the metal sheets during the punching (and the associated high pressure) were not displaced to a large extent into areas that are separated from the punched edge.
  • the distances mentioned here can be determined, for example, in a section.
  • the thickness tl of the laminated sheet metal unit at the punched edge can preferably correspond to at least 90%, in particular at least 100%, for example at least 105%, of the sum of the thicknesses of the sheets in an area offset from the punched edge.
  • the thickness tl can instead or additionally be at most 110%, in particular at most 100%, for example at most 95% of the thickness t2 Sheet-metal laminate unit (100) in one of the punching edge (150) offset area.
  • the thicknesses mentioned here can be determined, for example, in a section.
  • edge indentation and burring of the sheet metal ends at the punched edge are relatively small.
  • the burr of a metal sheet is preferably at most 0.08 mm, in particular at most 0.05 mm, for example at most 0.035 mm high.
  • the height of the burr is measured orthogonally to the sheet surface and up to the sheet surface from which each burr protrudes.
  • the edge indentation of a metal sheet is preferably at most 0.14 mm, in particular at most 0.10 mm, e.g. at most 0.08 mm. Edge indent is measured orthogonal to the sheet surface and measured from the sheet surface from which each edge is indented.
  • the invention also relates to a sheet metal laminate for producing a sheet metal laminate unit by stamping.
  • the sheet metal laminate comprises the following: two metal sheets electrically insulated from one another and a support composite layer arranged between the sheets.
  • the roller peel strength of the supporting composite layer is at least 1.1 N/mm, in particular at least 1.7 N/mm, particularly preferably at least 2.5 N/mm, for example at least 3.0 N/mm.
  • the tensile shear strength of the supporting composite layer can be, for example, at least 3 N/mm, preferably at least 4 N/mm, particularly preferably at least 5 N/mm.
  • the sheet metal laminate unit and/or the sheet metal laminate can have an insulating layer, e.g.
  • the insulating layer e.g. baked lacquer layer, is preferably composed differently than the supporting composite layer.
  • the invention also relates to a method having the features of claim 11 for manufacturing a sheet metal laminate unit.
  • a sheet metal laminate unit according to the invention can be produced from a sheet metal laminate according to the invention by stamping without a counter punch. Unlike the teaching of
  • WO 2017/174215 A1 suggests that, according to the present invention, punching can take place without a counterstamp.
  • the width of the cutting gap is preferably less than 20%, in particular less than 12%, e.g. less than 8% of the average thickness of the sheets of the sheet metal laminate.
  • the high roll peel strength of the supporting composite layer contributes to the fact that without a counter punch a punched edge can be formed essentially without undesired electrical contacts between the metal sheets is obtained.
  • Typical baked enamels are quite brittle and therefore cannot follow the movement of the metal sheet. It is believed that through increased adhesion within the support composite layer, a certain amount of deformation can be tolerated before failure occurs.
  • the invention also relates to a sheet metal laminate unit obtainable by the method according to the invention.
  • the invention also relates to the use of an adhesive in a sheet metal laminate to achieve less uneven edge distortion of the individual sheets of the sheet metal laminate at a punched edge.
  • the adhesive is preferably an adhesive that can be cured to form a supporting composite layer whose roll peel strength is at least 1.1 N/mm, in particular at least 1.7 N/mm, particularly preferably at least 2.5 N/mm, e.g. at least 3.0 N/mm .
  • Common baking varnishes do not achieve such high roller peel strengths.
  • the invention also relates to the use of an adhesive in a sheet metal laminate for at least partially preventing the formation of electrical contacts between electrically insulated sheets of the sheet metal laminate at a punched edge. It has been found that adhesives can be used in addition to or instead of conventional baking lacquers to reduce the formation of electrical contacts between electrically insulated metal sheets of the sheet metal laminate, including at punched edges.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a punching device without a counter punch for punching a sheet metal laminate unit from a sheet metal laminate.
  • One aspect of the invention relates to a rotor core or a stator core, wherein the rotor core or the stator core comprises at least one sheet-metal laminate unit according to the invention.
  • One aspect of the invention relates to a rotor for an electrical machine, the rotor comprising a sheet metal laminate unit according to the invention.
  • One aspect of the invention relates to a stator for an electrical machine, the stator comprising a sheet metal laminate unit according to the invention.
  • Fig. 2 is a more enlarged view of the area of
  • Fig. 3 is a schematic enlarged view of the end of a
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the layer structure of a second sheet metal laminate or a second sheet metal laminate unit
  • Fig. 6 is a schematic representation of process steps for
  • Fig. 8 is a schematic representation of a punching device without
  • a section of a sheet metal laminate unit is shown.
  • the sheet-metal laminate unit shown here comprises three sheets 102, 112 and 122.
  • An electrically insulating supporting composite layer 104 is arranged between the sheets 102 and 112.
  • a further electrically insulating supporting composite layer 114 is arranged between the metal sheets 112 and 122 .
  • the surface area of the laminated sheet metal unit 100 is limited all around by the punched edge 150, where 1 and 2, of course, only the part of the punched edge 150 that falls in the plane of the cut section can be seen.
  • the two electrically insulating support composite layers 104 and 114 each comprise a synthetic resin.
  • the peel strength of the electrically insulating supporting composite layers 104 and 114 is at least 1.1 N/mm, particularly preferably at least 2.5 N/mm.
  • a sheet metal spacing dl between the sheets 102 and 112 at the punching edge 150 is essentially the same size as the sheet metal spacing d2, also indicated by a double arrow, in one area of the laminated sheet metal unit 100 that is offset from the punched edge 150.
  • sheet metal spacings between the sheets 112 and 122 are not indicated in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • the sheet-metal laminate unit 100 shown here achieves electrical insulation of the sheets, ie also beyond the punched edge 150 .
  • p2 is the apparent resistivity in an area of the sheet metal laminate unit remote from the edge area. In the example shown in FIGS. 1 and 2, a is approximately 1.
  • the insulating effect at the punching edge is essentially unaffected by the punching process, since the adjacent metal sheets also maintain a clear distance there.
  • the clear mutual spacing of adjacent metal sheets at the punching edge is also likely to be due to the fact that material of the supporting composite layer 104, 114 was not displaced during punching (and the associated high pressure) into areas that are separated from the punching edge 150.
  • the mass fraction of material other than sheet metal is therefore essentially the same in an edge region of the sheet metal laminate unit 100 shown in FIGS.
  • the thickness tl of the laminated sheet metal unit 100 at the punching edge 150 is approximately 108% of the sum of the thicknesses tl02, tll2 and tl22 of the sheets 102, 112, 122 in an area separated from the punching edge (150). 2 also shows that the thickness t1 of the sheet metal laminate unit 100 at the punching edge 150 is approximately 91% of the thickness t2 of the sheet metal laminate unit (100) in an area separated from the punching edge (150).
  • the punched edge 150 is designed in such a way that the supporting composite layers 104 and 114 curve towards the punched edge 150 .
  • sheets 102, 112 and 122 also have an edge indentation KE-102, KE-112 or KE-122 and a burr G-102, G -112 or G-122.
  • the sheet metal laminates 200 appear to be able to be stamped with comparatively little edge infeed and little burr formation.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the layer structure of a first sheet metal laminate 200 or a first sheet metal laminate unit 100.
  • the embodiment shown here comprises two sheets 102 and 112, and an electrically insulating supporting composite layer 104 arranged between the sheets. Insulating layers 106 and 108 are on the Surfaces of sheet 102 and layers of insulation 116 and 118 are attached to surfaces of sheet 112 . The insulating layers are each baked lacquer layers. These have a different composition than the composite support layer 104.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the layered structure of a second laminated sheet metal 200 or a second laminated sheet metal unit 100.
  • Insulating layers 126 and 128 are also attached to the surfaces of sheet metal 122 .
  • the insulating layers 126 and 128 are also baked lacquer layers, which have a different composition than the supporting composite layers 104 and 114.
  • a (non-hardened) precursor material of the supporting composite layers 104 and 114 can first be applied to both surfaces of a sheet metal 112 on both sides. Sheets 102 and 122 can then be attached to these two surfaces, thus forming the sheet metal laminate. Precursor material of a third supporting composite layer 124 can be applied to one of the surfaces of the formed sheet metal laminate and a layer composite can be formed over this to form a further sheet metal or sheet metal laminate, not shown here. On one or both surfaces of the metal sheets 102, 112 and 124 used for production, e.g. baked lacquer layers or also insulating lacquer layers of quality C5 can be applied as insulating layers.
  • FIG. 7 shows a punching device 160 in the form of a fine-blanking device with a stamp 170 and a counter-stamp 180. It is known, for example from WO 2017/174215 A1, to process a multi-layer base material in such a fine-blanking device. The base material is placed and clamped partially between a punch and a blank holder and partially between a punch 170 and a counter-punch 180 . The punch 170 and counter punch 180 are moved relative to the punch and blank holder. Several stamped parts are cut and separated from the multi-layer base material. 8 shows a punching device 160. This allows the method for producing the sheet metal laminate unit 100 to be carried out particularly efficiently.
  • the laminated sheet metal unit 100 is produced by stamping from a laminated sheet metal 200 comprising three sheets and electrically insulating supporting composite layers (not shown here) between the sheets. Punching takes place without a counter punch 180. It is not shown here that the width of the cutting gap is preferably less than 20%, for example less than 8%, of the average thickness of the sheets of the sheet metal laminate.
  • the peel strength of the electrically insulating supporting composite layers is at least 1.1 N/mm, particularly preferably at least 2.5 N/mm.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blechlaminateinheit (100), wobei die Blechlaminateinheit (100) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122); eine zwischen den Blechen (102, 112, 122) angeordnete Stützverbundschicht (104, 114) und eine die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit (100) begrenzende Stanzkante (150).

Description

Blechlaminateinheit und Verfahren zur Herstellung einer Blechlaminateinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Blechlaminate, insbesondere von Elektroblechlaminaten, welche für den Zusammenbau von Rotoren und Statoren für elektrischen Maschinen erforderlich sind.
Elektrobleche werden für den Zusammenbau von Rotoren und Statoren von rotierenden elektrischen Maschinen verwendet. Durch die Verwendung von Blechlaminaten anstelle von Eisen-Vollmaterial werden die Wirbelstromverluste erheblich verringert. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Maschinen gesteigert. Unerwünschte Wirbelströme treten auch bei einer unvollständigen gegenseitigen Isolation der Elektrobleche in signifikantem Umfang auf.
Verfahren zur Herstellung eines Blechstapels sind aus der WO 2014/089593 Al, der WO 2012/059588 Al, der WO 2016/033630 Al und der WO 2021/048175 Al bekannt.
Aus der WO 2017/174215 Al ist ein Feinstanzverfahren zum Stanzen von Metallteilen bekannt. Ein mehrlagiges Grundmaterial mit einer Anzahl von übereinanderliegenden Einzelschichten wird teilweise zwischen einem Stanzwerkzeug und einem Niederhalter und teilweise zwischen einem Stanzstempel und einem Gegenstempel angeordnet und eingespannt. Der Stanzstempel und der Gegenstempel werden relativ zu dem Stanzwerkzeug und dem Niederhalter bewegt. Dabei werden mehrere Stanzteile geschnitten und vom mehrlagigen Grundmaterial abgetrennt.
Die Verbreitung von Elektromotoren in Antriebssystemen von Fahrzeugen nimmt schnell zu. Es besteht ein großes Bedürfnis, Elektromotoren mit hohen Wirkungsgraden schnell und mit geringem Aufwand bereitzustellen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, effiziente elektrische Maschinen und deren Vorprodukte bereitzustellen und diese zugleich in einer Form bereitzustellen, die mit einem einfachen Herstellungsverfahren schnell erzeugt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Als Bleche kommen alle Bleche in Betracht, mit denen sich ein Blechlaminat herstellen lässt, das für den Aufbau eines Rotors oder eines Stators verwendbar ist. Die Bleche sind beispielsweise Elektrobleche, insbesondere umfassend eine Eisen-Silizium-Legierung. Günstig kann es sein, wenn die Bleche durch Kaltwalzen und anschließendes Glühen hergestellt sind.
Die Blechdicke ist nicht begrenzt. Bevorzugte Bleche sind je mindestens 0,03 mm, insbesondere je mindestens 0,06 mm, z.B. je mindestens 0,10 mm dick. Bevorzugte Bleche sind je höchstens 0,60 mm, insbesondere je höchstens 0,50 mm, z.B. je höchstens 0,35 mm dick. Besonders bevorzugte Bleche sind je 0,03 bis 0,60 mm, insbesondere je 0,06 bis 0,50 mm, z.B. je 0,10 bis 0,35 mm dick.
Die Dehngrenze der Bleche kann je z.B. im Bereich von 300 bis 500 MPa betragen. Die angegebenen Werte beziehen sich auf die 0,2 % Dehngrenze, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1.
Die Zugfestigkeit der Bleche kann je z.B. im Bereich von 440 bis 590 MPa betragen. Sie wird gemäß DIN EN ISO 6892-1 bestimmt.
Die Bleche sind gegeneinander elektrisch isoliert. Die zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht selbst kann eine elektrisch isolierende Stützverbundschicht sein. Die Bleche können gegeneinander also durch die Stützverbundschicht elektrisch isoliert sein. Mit „elektrisch gegeneinander isoliert" ist nicht eine in der Praxis nicht erreichbare vollständige elektrische Isolation gemeint, sondern ein Grad der elektrischen Isolation, der sich an dem orientiert, was im technischen Gebiet der Elektroblechlaminate unter einer elektrischen Isolation von Elektroblechen im Hinblick auf übliche Betriebsspannungen verstanden wird.
Es kann aber auch eine Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, an mindestens einer der Oberflächen der Bleche angebracht sein. Derartige, aus Backlack gebildete Isolierschichten sind in Blechlaminaten für Rotoren und Statoren von Elektromotoren üblich und dem Fachmann bekannt. Die Bleche können gegeneinander also durch die Isolierschicht elektrisch isoliert sein. Die Isolierschicht kann z.B. ein Isolierlack der Güte C5 oder C3 sein. Die Isolierschicht eröffnet die Möglichkeit, das Material der Stützverbundschicht losgelöst von dessen elektrischer Leitfähigkeit zu wählen. Zusätzlich kann die Isolierschicht eine haftvermittelnde Wirkung entfalten. Die Isolierschicht kann die Bleche z.B. beim Transport zum Ort der Herstellung der Blechlaminate vor Korrosion schützen.
Die Blechlaminateinheit umfasst zwei Bleche. Sie kann also aus zwei oder mehr Blechen aufgebaut sein. Bevorzugt ist die Blechlaminateinheit aus 2 bis 20 Blechen aufgebaut, insbesondere aus 2 bis 12 Blechen, besonders bevorzugt aus 2 bis 8 Blechen, z.B. aus 2 bis 4 Blechen.
Ist die Blechlaminateinheit aus mehr als zwei Blechen aufgebaut, sind alle im Schichtaufbau zueinander benachbarten Bleche bevorzugt jeweils elektrisch gegeneinander isoliert.
Ist die Blechlaminateinheit aus mehr als zwei Blechen aufgebaut, ist bevorzugt je eine Stützverbundschicht zwischen im Schichtaufbau zueinander benachbarte Blechen angeordnet.
Die Dicke der Stützverbundschicht ist nicht begrenzt. Bevorzugt beträgt sie mindestens 1,0 pm, insbesondere mindestens 2,5 pm, z.B. mindestens 4 pm. Geringere Dicken können unerwünschte elektrische Kontakte zwischen Blechen an Stanzkanten begünstigen. Die hier angegebenen Mindestdicken können also letzten Endes den Wirkungsgrad elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Blechlaminateinheiten gefertigt sind, steigern.
Die Dicke der Stützverbundschicht beträgt bevorzugt höchstens 25 |jm, insbesondere höchstens 16 |jm, z.B. höchstens 10 |jm. Größere Dicken führen zu einem gesteigerten Anteil an Stützverbundschicht(en) an der Gesamtdicke der Blechlaminateinheit. Dies Einhaltung der hier angegebenen Maximaldicken kann letzten Endes die Leistungsdichte elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der Blechlaminateinheiten gefertigt sind, steigern.
Die Dicke der Stützverbundschicht kann 1,0 bis 25 |jm, insbesondere 2,5 bis 16 |jm, z.B. 4 bis 10 |jm betragen. Dies kann im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Leistungsdichte elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der Blechlaminateinheiten gefertigt sind, ein Optimum darstellen.
Die Dicke der Stützverbundschicht kann bei bestimmten Blechlaminateinheiten 0,5 bis 15 % der Blechdicke, z.B. 1 bis 10 % der Blechdicke der Bleche betragen, zwischen denen die Stützverbundschicht angeordnet ist.
Die Angaben zu absoluten und relativen Dicken der Stützverbundschicht gelten so bevorzugt auch für mindestens eine andere Schutzschicht oder alle anderen Schutzschichten, wenn in der Blechlaminateinheit mehrere Stützverbundschichten vorliegen.
Die Dicke von bekannten Isolierschichten, z.B. Backlackschichten, ist deutlich geringer. Deren Dicke kann z.B. 0,5 bis 5,0 pm, z.B. 1 pm bis 4,5 pm betragen. Sie kann aber bei bestimmten Isolierschichten z.B. 0,5 bis 2,0 pm, bevorzugt höchstens 1 pm betragen. Deren Dicke kann z.B. 0,15 bis 5% , z.B. 0,15 bis 2% der Dicke des Blechs betragen, an dessen Oberfläche die Isolierschicht angebracht ist. Beispielsweise kann eine Dicke einer Stützverbundschicht mehr als 4 pm und die Dicke einer Isolierschicht höchstens 4 pm betragen.
Angaben zu Dicken von Schichten beziehen sich auf die Dicke im Blechlaminat in einem von der nachfolgend näher beschriebenen Stanzkante abgesetzten Bereich, also in einem Bereich, in dem die Schichtdicke nicht durch beim Stanzen wirkende Kräfte verfälscht und/oder verändert ist.
Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit ist durch eine Stanzkante begrenzt. Bevorzugt ist die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit durch die Stanzkante ringsum begrenzt. Das bedeutet, dass die Stanzkante um die Blechlaminateinheit herum verläuft.
Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit kann durch eine zweite Stanzkante begrenzt sein.
Die Flächenausdehnung einer bevorzugten Blechlaminateinheit ist durch eine erste Stanzkante ringsum nach außen und durch eine zweite Stanzkante ringsum nach innen begrenzt. Derartige Blechlaminateinheiten werden z.B. erhalten, wenn in einem ersten Stanzverarbeitungsschritt aus einem Blechlaminat eine durch eine erste Stanzkante ringsum nach außen begrenzte Blechlaminateinheit hergestellt und davon in einem zweiten Stanzverarbeitungsschritt ein (zentraler) Teilbereich entfernt wird.
Dies kann auch in einem Stanzverarbeitungsschritt geschehen, z.B. wenn ein Blockschnittwerkzeug und eine Platine statt eines Wickels aus Blechband (Coil) verwendet wird. Die Platine wird in das Blockschnittwerkzeug eingelegt und in einem Hub die gesamte Geometrie gestanzt.
Die Stützverbundschicht kann ein Kunstharz umfassen, bevorzugt ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Melaminharz, ein Silikonharz, ein Organo- Silikonharz oder ein Acrylharz; z.B. ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Melaminharz oder ein Acrylharz. Bestimmte Acrylharze können den Nachteil haben, dass sie nicht vollflächig applizierbar sind.
Die Shorehärte der Stützverbundschicht kann 10 bis 100 Shore A betragen, z.B. 10 bis 60 Shore A. Gemessen wird die Shore-Härte an einer speziellen Probe. Hierbei wird das Stützverbundmaterial in solch einer Schichtstärke getrocknet/vulkanisiert, dass eine Dicke erreicht wird, bei welcher normgerecht und ohne Einfluss des Substrats gemessen werden kann.
Die Rollenschälfestigkeit (DIN EN 1464) der Stützverbundschicht beträgt bevorzugt mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm, beträgt.
Die Rollenschälfestigkeit in der Einheit N/mm kann mindestens der doppelten, insbesondere mindestens der dreifachen, z.B. mindestens der vierfachen, in der Einheit mm gemessenen Dicke des zur Stützverbundschicht nächstliegenden Blechs entsprechen. Ist das Blech beispielsweise 0,2 mm dick, kann die Rollenschälfestigkeit also mindestens 0,4 N/mm, insbesondere mindestens 0,6 N/mm, z.B. mindestens 0,8 N/mm betragen. Ist das Blech beispielsweise 0,35 mm dick, kann die Rollenschälfestigkeit also mindestens 0,7 N/mm, insbesondere mindestens 1,05 N/mm betragen, z.B. mindestens 1,4 N/mm betragen. Die gilt insbesondere, wenn das Blech ein Elektroblech ist, das eine Eisen-Silizium-Legierung umfasst, und/oder wenn das Elektroblech durch Kaltwalzen und anschließendes Glühen hergestellt ist.
Die Zugscherfestigkeit der Stützverbundschicht kann z.B. mindestens 3 N/mm, bevorzugt mindestens 4 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 5 N/mm, betragen.
Eine bevorzugte Blechlaminateinheit erzielt eine elektrische Isolation der Bleche durch Einhaltung der nachfolgenden Gleichung (I) auch über die Stanzkante hinweg in einem Randbereich der Blechlaminateinheit: a = pl / p2 (I).
In dieser Gleichung ist pl der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit. p2 ist der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit.
Der Quotient a beträgt mindestens 0,001, bevorzugt mindestens 0,005, besonders bevorzugt mindestens 0,01, z.B. mindestens 0,02. Er kann auch mindestens 0,05, weiterhin bevorzugt mindestens 0,15 oder z.B. mindestens 0,30 betragen.
Die Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem Randbereich der Blechlaminateinheit ist eine Möglichkeit, das Ausmaß unerwünschter elektrischer Kontakte zwischen Blechen an der Stanzkante zu quantifizieren. Je geringer solche elektrischen Kontakte zwischen Blechen an der Stanzkante ausgeprägt sind, desto höher ist der apparente spezifische Widerstand in dem Randbereich.
Zur Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem Randbereich der Blechlaminateinheit trennt man von der Blechlaminateinheit am Randbereich ein Randstück so ab, dass die Fläche des abgetrennten Randstücks einen Quadratzentimeter beträgt und dass die Stanzkante einen Zentimeter des Rands des abgetrennten Randstücks einnimmt.
Zur Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit trennt man ein von der Stanzkante abgesetztes, einen Quadratzentimeter großes Vergleichsstück aus der Blechlaminateinheit heraus.
Die elektrischen Widerstände des Randstücks und des Vergleichsstücks werden in Dickenrichtung, d.h. orthogonal zu den Blechebenen, gemessen. Aus den elektrischen Widerständen werden die apparenten spezifischen Widerstände in der üblichen Weise unter Berücksichtigung der Dicke der Stücke und der jeweils einen Quadratzentimeter betragenden Fläche berechnet.
Der Quotient a wird gemäß Gleichung (I) aus dem für das Randstück ermittelten, apparenten spezifischen Widerstand pl und dem für das Vergleichsstück ermittelten, apparenten spezifischen Widerstand p2 berechnet. Wenn die Dicke von Randstück und Vergleichsstück annähernd gleich ist, kann der Quotient a auch direkt aus den beiden gemessenen elektrischen Widerständen berechnet werden.
Der Begriff „apparent" wird im Zusammenhang mit den spezifischen elektrischen Widerständen verwendet, da insbesondere an der Stanzkante des Randstücks unerwünschte elektrische Kontakte bestehen können. Über diese fließt punktuell elektrischer Strom. Der Begriff „apparent" bringt die damit einhergehenden Inhomogenitäten zum Ausdruck.
Beim Abtrennen des Randstücks und des vom Rand abgesetzten Vergleichsstücks ist selbstverständlich darauf zu achten, dass an den dabei gebildeten (Schnitt)kanten keine (zusätzlichen) elektrischen Kontakte zwischen Blechen entstehen. Das Abtrennen von Randstück und Vergleichsstück kann z.B. durch Wasserstrahlschnitt erfolgen.
Bei einer bevorzugten Blechlaminateinheit beträgt ein erster Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem Randbereich der Blechlaminateinheit mindestens 20 %, insbesondere mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 50%, z.B. mindestens 60 %, eines zweiten Massenanteils an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. Dies bedeutet, dass Material der Stützverbundschicht und ggf. zwischen den Blechen vorhandenes anderweitiges Material beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in großem Umfang in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante abgesetzt sind. Der erste Massenanteil lässt sich aus dem oben beschriebenen Randstück bestimmten. Die Masse des Randstücks wird bestimmt, anschließend werden die Bleche des Randstücks voneinander getrennt, die von Blech verschiedenen Materialanteile entfernt und die zurückgebliebenen Blechanteile erneut gewogen. Man subtrahiert die Masse der zurückgebliebenen Blechanteile von der Masse des Randstücks und berechnet den ersten Massenanteil indem man das Ergebnis der Subtraktion durch die Masse des Randstücks teilt.
Der zweite Massenanteil lässt sich in derselben Weise aus dem oben beschriebenen Vergleichsstück bestimmen.
Bei dem von Blech verschiedenen Material kann es sich um Material der Stützverbundschicht(en) handeln und, wenn vorhanden, z.B. auch um Material der Isolierschicht(en).
Bevorzugt beträgt ein Blechabstand dl zwischen den Blechen an der Stanzkante mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, weiterhin bevorzugt mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 45 %, z.B. mindestens 60 %, eines Blechabstands d2 in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. Auch dies bedeutet, dass Material der Stützverbundschicht und ggf. zwischen den Blechen vorhandenes anderweitiges Material beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in großem Umfang in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante abgesetzt sind.
Der hier genannten Abstände können z.B. in einem Schliff ermittelt werden.
Die Dicke tl der Blechlaminateinheit an der Stanzkante kann bevorzugt mindestens 90 %, insbesondere mindestens 100 %, z.B. mindestens 105 % der Summe der Dicken der Bleche in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich entsprechen. Die Dicke tl kann stattdessen oder zusätzlich höchstens 110 %, insbesondere höchstens 100 %, z.B. höchstens 95 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich betragen.
Die hier genannten Dicken können z.B. in einem Schliff ermittelt werden.
Erfindungsgemäß sind Kanteneinzug und Gratbildung der Blechenden an der Stanzkante relativ gering.
Der Grat eines Blechs ist vorzugsweise höchstens 0,08 mm, insbesondere höchstens 0,05 mm, z.B. höchstens 0,035 mm hoch. Die Höhe des Grats wird orthogonal zur Blechoberfläche und bis zu der Blechoberfläche hin gemessen, von der der jeweilige Grat absteht.
Der Kanteneinzug eines Blechs beträgt vorzugsweise höchstens 0,14 mm, insbesondere höchstens 0,10 mm, z.B. höchstens 0,08 mm. Der Kanteneinzug wird orthogonal zur Blechoberfläche und von der Blechoberfläche aus gemessen, von der die jeweilige Kante eingezogen ist.
Zwischen dem Grat eines Blechs und der eingezogenen Kante des benachbarten Blechs ergibt sich ein gebogener Verlauf der Stützverbundschicht, denn die Stützverbundschicht vollzieht die sich beim Stanzen ergebenden Verformungen (Gratbildung und Kanteneinzug) zwangsläufig mit und isoliert dabei den Grat eines Blechendes vom benachbarten Blech.
Die Erfindung betrifft auch ein Blechlaminat zur Herstellung einer Blechlaminateinheit durch Stanzen. Das Blechlaminat umfasst Folgendes: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht. Die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht beträgt mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm. Die Zugscherfestigkeit der Stützverbundschicht kann z.B. mindestens 3 N/mm, bevorzugt mindestens 4 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 5 N/mm, betragen.
Die Blechlaminateinheit und/oder das Blechlaminat kann an mindestens einer der Oberflächen der Bleche eine angebrachte Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, aufweisen. Die Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, ist bevorzugt anders zusammengesetzt als die Stützverbundschicht.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zur Herstellung einer Blechlaminateinheit.
Überraschend wurde gefunden, dass eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit aus einem erfindungsgemäßen Blechlaminat durch Stanzen ohne Gegenstempel hergestellt werden kann. Anders als die Lehre der
WO 2017/174215 Al vermuten lässt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Gegenstempel gestanzt werden.
Mit Gegenstempel müsste die Klemmung jeweils erst eingestellt werden, bevor gestanzt werden kann. Dies geht mit vergleichsweise langsamen Stanzgeschwindigkeiten einher.
Ohne Gegenstempel braucht vor dem Stanzen keine Einstellung einer Klemmung abgewartet zu werden. Es kann an Stelle von 50 Hub/min nun mit 200 Hub/min gestanzt werden.
Die Breite des Schneidspalts beträgt bevorzugt weniger als 20 %, insbesondere weniger als 12 %, z.B. weniger als 8 % der mittleren Dicke der Bleche des Blechlaminats.
Es wird vermutet, dass die hohe Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht dazu beiträgt, dass ohne Gegenstempel eine Stanzkante im Wesentlichen ohne Ausbildung unerwünschter elektrischer Kontakte zwischen den Blechen erhalten wird. Typische Backlacke sind recht spröde und können somit der Bewegung des Bleches nicht folgen. Es wird vermutet, dass durch eine gesteigerte Adhäsion innerhalb er Stützverbundschicht ein gewisses Maß an Verformung ertragen werden kann, bevor es zum Abriss kommt.
Die Erfindung betrifft auch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Blechlaminateinheit.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat zur Erzielung eines weniger ungleichmäßigen Kantenverzugs der einzelnen Bleche des Blechlaminats an einer Stanzkante.
Es wurde gefunden, dass mit Klebstoffen ein gleichmäßiger Kantenverzug erzielt werden kann. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Kraftübertragung während des Schneidens im Stanzwerkzeug durch den Klebstoff von einem Blech direkt auf das nächste Blech übertragen wird, ohne dass die Stanzkanten der einzelnen Bleche stark gegeneinander verrutschen könnten. So scheint sich ein Kanteneinzug eines früher durchschnittenen Blechs je über den dabei entstehenden Grat auf das jeweils nächste Blech zu übertragen.
Der Klebstoff ist bevorzugt ein Klebstoff der zu einer Stützverbundschicht ausgehärtet werden kann, deren Rollenschälfestigkeit mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm beträgt. Gängige Backlacke erreichen solch hohe Rollenschälfestigkeiten nicht.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat zur wenigstens teilweisen Vermeidung der Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen des Blechlaminats an einer Stanzkante. Es wurde gefunden, dass mit Klebstoffen ergänzend zu oder an Stelle von gängigen Backlacken eine verringerte Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen des Blechlaminats auch an Stanzkanten erzielt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Stanzvorrichtung ohne Gegenstempel zum Stanzen einer Blechlaminateinheit aus einem Blechlaminat.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Rotorpaket oder ein Statorpaket, wobei das Rotorpaket oder das Statorpaket mindestens eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Merkmale der Erfindung, die in Verbindung mit einem Gegenstand der Erfindung beschrieben sind, also insbesondere in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Blechlaminateinheit oder dem erfindungsgemäßen Blechlaminat, dem erfindungsgemäßen Verfahren, oder den erfindungsgemäßen Verwendungen, gelten vorzugsweise ebenso für jeden anderen Gegenstand der Erfindung.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt eines Schnitts durch eine Blechlaminateinheit;
Fig. 2 eine stärker vergrößerte Darstellung des Bereichs der
Stanzkante der in Fig. 1 gezeigten Blechlaminateinheit;
Fig. 3 eine schematische vergrößerte Darstellung des Endes eines
Blechs einer Blechlaminateinheit;
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines ersten
Blechlaminats bzw. einer ersten Blechlaminateinheit;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines zweiten Blechlaminats bzw. einer zweiten Blechlaminateinheit;
Fig. 6 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur
Herstellung eines Blechlaminats;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Feinstanzvorrichtung mit
Gegenstempel;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Stanzvorrichtung ohne
Gegenstempel.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 und 2 ist ein Schnitt einer Blechlaminateinheit gezeigt. Die hier gezeigte Blechlaminateinheit umfasst drei Bleche 102, 112 und 122. Zwischen den Blechen 102 und 112 ist eine elektrisch isolierende Stützverbundschicht 104 angeordnet. Zwischen den Blechen 112 und 122 ist eine weitere elektrisch isolierende Stützverbundschicht 114 angeordnet. Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit 100 ist durch die Stanzkante 150 ringsum begrenzt, wobei in Fig. 1 und 2 selbstverständlich nur der Teil der Stanzkante 150 zu sehen ist, der in die Ebene des gefertigten Schliffs fällt.
Die beiden elektrisch isolierenden Stützverbundschichten 104 und 114 umfassen jeweils ein Kunstharz. Die Rollenschälfestigkeit der elektrisch isolierende Stützverbundschichten 104 und 114 beträgt je mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm.
Insbesondere in der vergrößerten Darstellung der Fig. 2 ist gut zu erkennen, dass z.B. ein mit einem Doppelpfeil angedeuteter Blechabstand dl zwischen den Blechen 102 und 112 an der Stanzkante 150 im Wesentlichen genauso groß ist, wie der ebenfalls mit einem Doppelpfeil angedeutete Blechabstand d2 in einem von der Stanzkante 150 abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit 100. Ähnliches gilt für Blechabstände zwischen den Blechen 112 und 122, wobei diese in Fig. 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht angedeutet sind.
Die deutliche gegenseitige Beabstandung benachbarter Bleche auch an der Stanzkante 150 vermeidet unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Blechen, die nach weiterer Verarbeitung zu Rotoren und/oder Statoren beim Betrieb eines Elektromotors zu unerwünschten Wirbelströmen führen würden. Die hier gezeigte Blechlaminateinheit 100 erzielt eine elektrische Isolation der Bleche also auch über die Stanzkante 150 hinweg. Dabei wird die nachfolgende Gleichung (I) in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) eingehalten: a = pl / p2 (I) pl ist der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit. p2 ist der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. In dem in Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel ist a annähernd 1. Die Isolationswirkung ist an der Stanzkante vom Stanzvorgang im Wesentlichen unbeeinflusst, da auch dort die benachbarten Bleche einen deutlichen Abstand einhalten. Die deutliche gegenseitige Beabstandung benachbarter Bleche auch an der Stanzkante dürfte auch darauf zurückzuführen sein, dass Material der Stützverbundschicht 104, 114 beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante 150 abgesetzt sind. Der Massenanteil an von Blech verschiedenem Material ist also in einem Randbereich der in Fig. 1 und 2 gezeigten Blechlaminateinheit 100 im Wesentlichen gleich zum Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante 150 abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit.
Fig. 2 zeigt, dass die Dicke tl der Blechlaminateinheit 100 an der Stanzkante 150 etwa 108 % der Summe der Dicken tl02, tll2 und tl22 der Bleche 102, 112, 122 in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt. Fig. 2 zeigt auch, dass die Dicke tl der Blechlaminateinheit 100 an der Stanzkante 150 etwa 91 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt.
Wie Fig. 2 außerdem zeigt, ist die Stanzkante 150 so beschaffen, dass sich ein gebogener Verlauf der Stützverbundschichten 104 und 114 zur Stanzkante 150 hin ergibt.
Aus Fig. 2 und insbesondere der schematischen Fig. 3 geht hervor, dass auch Bleche 102, 112 und 122 an der Stanzkante 150 jeweils einen Kanteneinzug KE-102, KE-112, bzw. KE-122 und einen Grat G-102, G-112 bzw. G-122 aufweisen. Allerdings scheinen die Blechlaminate 200 sich mit vergleichsweise geringem Kanteneinzug und geringer Gratbildung stanzen zu lassen.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines ersten Blechlaminats 200 bzw. einer ersten Blechlaminateinheit 100. Die hier gezeigte Ausführungsform umfasst zwei Bleche 102 und 112, und eine zwischen den Blechen angeordnete, elektrisch isolierende Stützverbundschicht 104. Isolierschichten 106 und 108 sind an den Oberflächen des Blechs 102 und Isolierschichten 116 und 118 sind an den Oberflächen des Blechs 112 angebracht. Bei den Isolierschichten handelt es sich jeweils um Backlackschichten. Diese sind anders zusammengesetzt, als die Stützverbundschicht 104.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines zweiten Blechlaminats 200 bzw. einer zweiten Blechlaminateinheit 100. Im Vergleich zum Schichtaufbau gemäß Fig. 4 umfasst die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform ein drittes Blech 122, das über eine zweite elektrisch isolierende Stützverbundschicht 114 angebracht ist. Isolierschichten 126 und 128 sind auch an den Oberflächen des Blechs 122 angebracht. Auch bei den Isolierschichten 126 und 128 handelt es sich um Backlackschichten, die anders zusammengesetzt sind, als die Stützverbundschichten 104 und 114.
Gemäß Fig. 6 kann zur Herstellung eines Blechlaminats zunächst ein (nicht gehärtetes) Vorläufermaterial der Stützverbundschichten 104 und 114 beidseitig auf die beiden Oberflächen eines Blechs 112 aufgebracht werden. Anschließend können Bleche 102 und 122 an diesen beiden Oberflächen angebracht und somit das Blechlaminat gebildet werden. Es kann Vorläufermaterial einer dritten Stützverbundschicht 124 auf eine der Oberflächen des gebildeten Blechlaminats aufgebracht werden und hierüber ein Schichtverbund zu einem weiteren, hier nicht gezeigten Blech oder Blechlaminat gebildet werden. An einer oder beiden Oberflächen der für die Herstellung verwendeten Bleche 102, 112 und 124 können als Isolierschichten z.B. Backlackschichten oder auch Isolierlackschichten der Güte C5 angebracht sein.
Fig. 7 zeigt eine Stanzvorrichtung 160 in Form einer Feinstanzvorrichtung mit Stempel 170 und Gegenstempel 180. Es ist z.B. aus der WO 2017/174215 Al bekannt, ein mehrlagiges Grundmaterial in einer derartigen Feinstanzvorrichtung zu verarbeiten. Das Grundmaterial wird teilweise zwischen einem Stanzwerkzeug und einem Niederhalter und teilweise zwischen einem Stanzstempel 170 und einem Gegenstempel 180 angeordnet und eingespannt. Der Stanzstempel 170 und der Gegenstempel 180 werden relativ zu dem Stanzwerkzeug und dem Niederhalter bewegt. Dabei werden mehrere Stanzteile geschnitten und vom mehrschichtigen Grundmaterial abgetrennt. Fig. 8 zeigt eine Stanzvorrichtung 160. Damit lässt sich das Verfahren zur Herstellung der Blechlaminateinheit 100 besonders effizient durchführen. Aus einem Blechlaminat 200 umfassend drei Bleche und hier nicht gezeigte elektrisch isolierende Stützverbundschichten zwischen den Blechen, wird die Blechlaminateinheit 100 durch Stanzen hergestellt. Das Stanzen erfolgt ohne Gegenstempel 180. Hier ist nicht dargestellt, dass die Breite des Schneidspalts bevorzugt weniger als 20 %, z.B. weniger als 8 %, der mittleren Dicke der Bleche des Blechlaminats beträgt. Die Rollenschälfestigkeit der elektrisch isolierende Stützverbundschichten beträgt dabei mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm.
Bezugszeichenliste
Blechlaminateinheit
Blech
Stützverbundschicht
Isolierschicht
Isolierschicht
Blech
Stützverbundschicht
Isolierschicht
Isolierschicht
Blech
Stützverbundschicht
Isolierschicht
Isolierschicht
Stanzkante
Stanzvorrichtung
Stempel
Gegenstempel
Blechlaminat

Claims

Patentansprüche Blechlaminateinheit (100), wobei die Blechlaminateinheit (100) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122); eine zwischen den Blechen (102, 112, 122) angeordnete Stützverbundschicht (104, 114) und eine die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit (100) begrenzende Stanzkante (150). Blechlaminateinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützverbundschicht (104, 114) ein Kunstharz umfasst. Blechlaminateinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt. Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlaminateinheit (100) eine elektrische Isolation der Bleche durch Einhaltung der nachfolgenden Gleichung (I) auch über die Stanzkante (150) hinweg in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) erzielt: a = pl / p2 (I) worin pl der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit ist, p2 der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit ist, und a mindestens 0,001, z.B. mindestens 0,02, beträgt. Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) mindestens 20 %, z.B. mindestens 60 %, eines zweiten Massenanteils an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit (100) beträgt. Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechabstand dl zwischen den Blechen (102, 112, 122) an der Stanzkante (150) mindestens 10 %, z.B. mindestens 60 %, eines Blechabstands d2 in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit (100) beträgt. Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stanzkante (150) so beschaffen ist, dass die Dicke tl der Blechlaminateinheit (100) an der Stanzkante (150) mindestens 90 % der Summe der Dicken (tl02, tll2, tl22) der Bleche (102, 112, 122) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich entspricht und höchstens 110 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt. Blechlaminat (200) zur Herstellung einer Blechlaminateinheit (100) durch Stanzen, wobei das Blechlaminat (200) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122) und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht (104, 114), wobei die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt. Blechlaminateinheit (100) oder Blechlaminat (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht (106, 108, 116, 118, 126, 128), z.B. Backlackschicht, an mindestens einer der Oberflächen der Bleche (102, 112, 122), wobei die Isolierschicht (106, 108, 116, 118, 126, 128), z.B. Backlackschicht, anders zusammengesetzt ist, als die Stützverbundschicht (104, 114). Verfahren zur Herstellung einer Blechlaminateinheit (100), wobei aus einem Blechlaminat (200), umfassend: zwei Bleche (102, 112, 122) und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht (104, 114), eine Blechlaminateinheit (100) durch Stanzen ohne Gegenstempel (180) hergestellt wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Breite des Schneidspalts weniger als 20 % einer mittleren Dicke der Bleche (102, 112, 122) des Blechlaminats beträgt. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104, 114) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt. Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat (200) zur Erzielung eines weniger ungleichmäßigen Kantenverzugs der einzelnen Bleche (102, 112, 122) des Blechlaminats (200) an einer Stanzkante (150). Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat (200) zur wenigstens teilweisen Vermeidung der Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen (102, 112, 122) des Blechlaminats an einer Stanzkante (150).
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