WO2023104431A1 - Verfahren zur herstellung eines blechpakets einer elektrischen maschine - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines blechpakets einer elektrischen maschine Download PDF

Info

Publication number
WO2023104431A1
WO2023104431A1 PCT/EP2022/081739 EP2022081739W WO2023104431A1 WO 2023104431 A1 WO2023104431 A1 WO 2023104431A1 EP 2022081739 W EP2022081739 W EP 2022081739W WO 2023104431 A1 WO2023104431 A1 WO 2023104431A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
foil
laminations
aluminum
alloy material
lamellae
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081739
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maxim Smirnov
Martin Koehne
Wolfgang Rammaier
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023104431A1 publication Critical patent/WO2023104431A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/023—Thermo-compression bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/233—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer
    • B23K20/2336—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded without ferrous layer both layers being aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/016—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic all layers being formed of aluminium or aluminium alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C23C10/30—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes using a layer of powder or paste on the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/60—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/36—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including layers graded in composition or physical properties
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/20—Ferrous alloys and aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a laminated core of an electrical machine.
  • a method for producing a laminated core is known from EP 3 511 429 A1.
  • laminations of the starting core are coated with a film coating that has a mass fraction of at least 20% aluminum and/or silicon.
  • This initial core is subjected to a heat treatment to obtain the core.
  • a laminated core can be obtained which has a silicon content corresponding to a mass fraction of at least 6.5%.
  • the inventive method for producing a laminated core with the features of claim 1 has the advantage that subsequent alloying of laminated cores of the laminated core of an electrical machine and subsequent production of insulating layers on or between the laminated cores of the laminated core is made possible in a cost-effective manner.
  • cost-effective electrical sheet steel with a low aluminum and silicon content for example ⁇ 4.0% by mass
  • an electrical resistance of the laminations of the laminated core can advantageously be increased without the soft-magnetic properties being excessively impaired. This improves the efficiency of the electrical machine.
  • foil lamellae are provided in a first step, each of which has a carrier foil made of aluminum and a natural or created insulator layer formed on the carrier foil, for example a foil aluminum oxide layer, and each having a foil coating on at least one side of the foil lamellae.
  • the foil coating comprises an alloy material, an adhesive compound for adhering the alloy material to the foil lamella and, in particular, additional aluminum oxide in powder form.
  • laminations of the laminated core are provided, which are in particular electrically uninsulated, which differs from a conventional configuration in which they are electrically insulated. If the metal laminations have paint insulation, then this should be removed, otherwise diffusion could be impeded and carbon from the paint layer could get into the metal undesirably.
  • sheet metal laminations and foil laminations are stacked alternately in such a way that at least one foil lamina lies between adjacent sheet metal laminations.
  • heating for example heat treatment, of the stack of sheet metal laminations and foil laminations takes place in such a way that
  • the aluminum oxide from the foil aluminum oxide layer of the foil laminations or from the foil coating of the foil laminations remains with the formation of an insulating layer between the laminations.
  • the shape and/or the surface area of the foil lamellae correspond to the shape and/or the surface area of the sheet metal lamellae. This will make one achieved with regard to the geometry of the individual layers particularly advantageous structure.
  • the aluminum-based foil lamellae are or are separated from an aluminum foil which has the at least one foil aluminum oxide layer on at least one side and/or which is at least partially coated with the alloy material on at least one side.
  • an aluminum foil can thus already be coated in an upstream production process and, for example, pre-rolled. It is also advantageous here that the foil coating is not too thick. Advantageous adhesion and unrolling can thereby be made possible.
  • the alloy material is at least partially applied to at least one side of the foil lamella by means of an adhesive compound, in particular a paste and/or by means of a polysaccharide, in particular xanthan.
  • the alloy material is preferably in powder form.
  • the powdered alloy material can be securely bonded to the aluminum foil.
  • a silicon powder and optionally an aluminum oxide powder can also be mixed with water and, for example, xanthan. This mixture can then be applied to at least one side of the aluminum foil using, for example, a compressed air spray gun. During subsequent drying, the water evaporates, and the xanthan gum remaining in the mixture ensures that the powder or powders adhere well. This can be done for one or both sides of the aluminum foil.
  • At least one of the film lamellas is arranged at least partially between adjacent sheet metal lamellas.
  • the mass fraction of silicon and aluminum is not too large. This means that it is usually advantageous if the amount of aluminum (in metallic form) does not become too large compared to the amount of silicon contained in the foil coating. If foils coated on both sides are inserted between adjacent laminations, then on the one hand the amount of silicon can be reduced in a simple manner be increased without a thickness of the foil coating becoming too large. In this way, in particular, reliable adhesion of the foil coating to both sides of the aluminum foil can be ensured.
  • the sum of the layer thicknesses of the foil aluminum oxide layers can easily be doubled. It can thus be achieved in particular that an insulating layer of aluminum oxide is formed in the laminated core produced between the electrical laminations during the heat treatment. Furthermore, it can be achieved that the mass fraction of aluminum is limited, in particular in order to reduce or completely prevent an increase in magnetostriction with an increasing aluminum fraction.
  • the film lamellae are arranged at least partially between adjacent sheet metal lamellae.
  • the mass fraction of silicon and aluminum is not too large. This means that it is usually advantageous if the amount of aluminum (in metallic form) does not become too large compared to the amount of silicon contained in the foil coating. If several foil laminations are inserted between adjacent sheet metal laminations, then on the one hand the amount of silicon can be increased in a simple manner without the foil coating becoming too thick. As a result, reliable adhesion of the foil coating to the relevant side of the aluminum foil can be ensured in particular.
  • the sum of the layer thicknesses of the foil aluminum oxide layers can be increased in a simple manner. This prevents a foil aluminum oxide layer from being partially rubbed off, for example during handling, or from falling off in parts in some other way. It can thus be achieved in particular that an insulating layer of aluminum oxide is formed in the laminated core that is produced. Furthermore, it can be achieved that the mass fraction of aluminum is limited, in particular in order to reduce or entirely prevent an increase in magnetostriction as the aluminum fraction increases. This can be achieved, for example, when two foil lamellae are used instead of a single foil lamella, with the two foil lamellas having the same overall thickness as the individual foil lamella. For example, instead of one film lamella with a thickness of 10 ⁇ m, two film lamellas, each 5 ⁇ m, each with a foil aluminum oxide layer can be used, whereby the total thickness of the foil aluminum oxide layers can be doubled.
  • the thickness of the foil laminations and the alloy material applied to the foil laminations and, if applicable, the electrically insulating solid are selected such that after the heat treatment, at least on part of the surface of the laminations, at least near the surface, a mass fraction of the silicon is at least approximately 6.5 % and a mass fraction of silicon and aluminum are not greater than 8.5%.
  • a mass fraction of the silicon is at least approximately 6.5 % and a mass fraction of silicon and aluminum are not greater than 8.5%.
  • the near-surface alloy can, for example, affect an edge area or an edge zone of about 500 ⁇ m. This is advantageous because eddy currents also occur near the surface at high frequencies.
  • a core area can then advantageously be realized without or with a reduced proportion by mass of silicon and/or aluminum, so that the material of the electrical steel sheets is tough there and can therefore be mechanically well loaded.
  • the mass fraction of silicon and aluminum is not more than 8.5%.
  • the starting material of the laminations can be formed here, for example, with a mass fraction of about 3% silicon.
  • the mass fraction of silicon is then further increased by the heat treatment, so that a mass fraction of silicon preferably results in 6.5%.
  • the thickness of the foil lamellas and the alloy material applied to the foil lamellas and optionally the electrically insulating solid are selected such that after the heat treatment at least on part of the surface of the laminations, at least near the surface, a mass fraction of the silicon is between is about 4% and about 5% and a mass fraction of silicon and aluminum is no greater than about 8.5%.
  • This configuration enables the use of an inexpensive material for the laminations.
  • laminations with a material can then be used that do not have a significant proportion of silicon.
  • the mass fraction of silicon can then be increased by the heat treatment.
  • the increase in the mass fraction of silicon preferably does not extend to the core area of the laminations, since a heat treatment required for this would generally also change the grain size. A change in the grain size can thus be avoided.
  • the film lamellae have a thickness of about 5 ⁇ m to about 10 ⁇ m and are preferably as thin as possible.
  • a foil aluminum oxide layer of 1 ⁇ m can be provided.
  • a desired number of foil lamellas can be inserted between the sheet metal lamellas.
  • Advantageous handling is thus made possible, since in particular an at least partial detachment of the foil aluminum oxide layer can be reliably avoided.
  • An advantage of the foil aluminum oxide layer of the aluminum foil is that during the heat treatment a foil aluminum oxide layer forms between the electrical laminations as an electrically insulating layer. With powder there is a higher risk for areas that are not electrically insulated enough.
  • the foil coating can be relatively thin without the mass fraction of aluminum in the sheet metal laminations becoming undesirably large after the heat treatment.
  • a heat treatment of the sheet metal lamellas with the coated foil lamellas arranged in between is carried out in a range of approximately 150° C. to 500° C. for approximately one to approximately two hours prior to the heat treatment for alloying.
  • the heat treatment can be carried out under hydrogen.
  • xanthan gum is decomposed into water, carbon monoxide, carbon dioxide and methane and thus removed.
  • the diffusion of silicon and aluminum into the laminations can take place by a heat treatment at, for example, 1250°C.
  • the silicon and the aluminum have completely diffused in, the aluminum oxide remains between the laminations as an electrically insulating layer.
  • the foil laminations are partially coated with the alloy material that the alloy material is more on the laminated cores radially outer parts of the Foil slats is provided as the radially inner parts of the foil slats.
  • the alloy material is more on the laminated cores radially outer parts of the Foil slats is provided as the radially inner parts of the foil slats.
  • it can be achieved in this way that a reduced alloy is achieved near the shaft, so that the material remains tough there.
  • a higher alloy can be achieved, so that the specific electrical resistance is increased and thus core losses are reduced.
  • the foil laminations are partially coated with the alloy material such that the alloy material is provided closer to the radially inner parts of the foil laminations than to the radially outer parts of the foil laminations.
  • FIG. 1 shows the structure of an aluminum foil according to an exemplary embodiment in a partial, schematic sectional representation
  • FIG. 2 shows the aluminum foil shown in FIG. 1 with a foil coating according to the exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows the aluminum foil shown in FIG. 2 in a partially rolled-up state in a schematic representation
  • Fig. 4 shows the structure of a laminated core according to an exemplary embodiment during production in a partial, schematic sectional view, the left part depicting the section of the laminated core before the heat treatment and the right part the section of the laminated core after the heat treatment, with the section shown in Fig. 4A section marked IV; 4A shows an entire laminated core in a schematic representation;
  • FIG. 5 shows the structure shown in FIG. 1 during production according to a modified configuration before heat treatment, a section of the entire laminated core being shown as in FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a top view of a coated foil lamella for the laminated core shown in FIG. 1 or FIG. 2 according to a possible embodiment
  • FIG. 7 shows the laminated core shown in FIG. 1 or in FIG. 2 in the manufactured state after the heat treatment
  • Fig. 8A is a phase diagram useful in explaining the invention showing a diagram for an austenite stabilizer
  • 8B is a phase diagram for explaining the invention, a diagram for a eutectoid former being shown.
  • 8C is a phase diagram for explaining the invention, with a diagram for a ferrite former being shown.
  • FIG. 1 shows the structure of an aluminum foil 11 according to an exemplary embodiment in a partial, schematic sectional view.
  • the aluminum foil 11 has a foil aluminum oxide layer 8 .
  • the aluminum foil 11 has a carrier foil 10 which is not oxidized and thus consists of pure aluminum.
  • FIG. 2 shows the aluminum foil 11 shown in FIG. 1 with a foil coating 17 according to the exemplary embodiment.
  • the foil coating 17 is formed from an alloy material 16 and applied to one of the sides 12,13.
  • the alloy material 16 includes silicon and preferably consists at least essentially of silicon.
  • the film coating 17 can have other components. It is advantageous for the aluminum foil 11 to be configured as thinly as possible with the thickest possible foil coating 17 with alloying elements such as silicon.
  • FIG. 3 shows the aluminum foil 11 shown in FIG. 2 in a partially rolled-up state in a schematic representation.
  • the film coating 17 is not shown here to simplify the illustration.
  • Foil lamellas 6 , 7 are separated from the aluminum foil 11 and are then each coated with the foil coating 17 .
  • the aluminum foil 11 can then be supplied in such a way that a foil aluminum oxide layer 8 is provided on one or both sides 12, 13 of the aluminum foil 11.
  • a foil aluminum oxide layer 8 , 9 can be located on only one of the sides 12 , 13 or on both sides 12 , 13 .
  • the aluminum foil 11 may be rolled up on a roll 18 which is illustrated schematically.
  • foil aluminum oxide layer 8 on only one of the sides 12, 13 and the foil coating 17, which is based on silicon, on only one of the sides 12, 13.
  • Fig. 4 shows the structure of a laminated core 1 according to an embodiment during production in a partial, schematic sectional view.
  • FIG. 4 shows the section from the entire laminated core 1 shown in FIG. 4A with IV.
  • the laminated core 1 can be used in particular for a rotor 2 (FIG. 6) or a stator of an electrical machine 3 . Such a rotor 2 can then have several such laminated cores 1 .
  • the laminated core 1 is suitable for an electric machine 3, which serves as an electric drive motor 3 for motor vehicles.
  • foil lamellae 6,7,10,11 are provided, each having a carrier foil 10 made of aluminum, i.e. an aluminum foil, and a natural or created insulator layer 8 formed on the carrier foil 10, in particular a foil aluminum oxide layer 8, and each have a film coating 17 on at least one side 12, 13.
  • the foil coating 17 comprises an alloy material 16, for example silicon, an adhesive compound and in particular aluminum oxide in powder form.
  • laminations 4, 5 of the laminated core 1 are provided, which in particular are electrically uninsulated.
  • sheet metal laminations 4, 5 and foil laminations 6,7,11 are stacked alternately in such a way that at least one foil lamina 6, 7,11 lies between adjacent sheet metal laminations 4, 5 in each case.
  • a heating, in particular heat treatment, of the stack of laminations 4, 5 and foil laminations 6,7,11 such that a) the aluminum from the carrier foils 10 of the foil laminations 6,7,10,11 with a certain depth diffused into the metal of the respective adjacent laminations 4.5 with dissolution of the carrier foil 10 and that the alloy material 16 from the foil coating 17 of the foil lamellas 6,7,11 with a certain depth 25, 26 into the metal of the adjacent laminations 4.5 with formation an alloyed area 23,24 diffuses, and b) the aluminum oxide (AI2O3) from the foil aluminum oxide layer 8 or from the foil coating 17 of the foil lamellas 6,7,11 to form an insulating layer 27 between the laminations 4, 5 remains.
  • AI2O3 aluminum oxide
  • the heating in the fourth step can take place, for example, by radiation and/or convection, inductively or by current flow through the laminations 4.5.
  • the laminated core 1 has laminations 4, 5, 5' which are based on a ferrous material.
  • At least one foil lamina 6, 7 is arranged between adjacent sheet metal laminations 4, 5, 5'.
  • a foil lamella 6 is arranged between the laminations 4, 5 and a foil lamella 7 is arranged between the laminations 4, 5'.
  • An aluminum foil 11 from a whole roll or a whole coil is preferably coated and rolled up again.
  • the laminated core 1 which is done by alternately stacking laminations (electrical steel) 4, 5 and aluminum foil, the foil laminations 6, 7 are cut off or cut out of the aluminum foil roll 11 and inserted between the laminations 4, 5, 5' laid.
  • the film lamella 6 has a film aluminum oxide layer 8 on both sides 12, 13. Furthermore, the foil coating 17 is applied to both sides 12, 13 of the foil lamella 6. FIG.
  • FIG. 5 shows the construction shown in FIG. 1 during production according to a modified embodiment, a section of the entire laminated core being shown as in FIG.
  • the foil lamellae 6, 7 can be separated from the aluminum foil 11 and a plurality of foil lamellas 6, 7, for example, can be arranged between adjacent sheet metal laminations 4, 5.
  • This has the advantage that quantitatively more aluminum oxide and/or alloy material 16 can be introduced between adjacent laminations 4, 5 if the one to be used
  • Aluminum foil 11 then has, for example, a layer 10 made of pure aluminum that is half as thick. The introduction of correspondingly more aluminum oxide and/or alloy material 16 can be achieved without the handling being affected too much.
  • the layer structure of the film lamellae 6, 7 is not shown in FIG. This results in a corresponding manner from the embodiment described with reference to FIG.
  • the foil lamellae 6, 7 are preferably very much thinner than the foil coating 17 with the alloy material 16.
  • the foil coating 17 can have an adhesive compound and/or a polysaccharide, in particular xanthan, with which the alloy material 16 is applied to the upper side 14 of the aluminum foil 11 and thus to the foil lamellae 6 , 7 .
  • the alloy material 16 can also be applied as an aqueous suspension.
  • the application by means of an adhesive compound and/or a polysaccharide has the advantage that a more uniform and more constant application to sheet metal lamellas 4, 5 that are usually already punched out is possible, even with complex geometries.
  • a further advantage lies in the fact that the alloying material 16 in powder form does not fall off the aluminum foil 11 and the foil lamella 6, 7 after it has dried.
  • the adhesive compound or the polysaccharide can be removed by a heat treatment which precedes the heat treatment for alloying.
  • This heat treatment can be performed in a hydrogen atmosphere in a range of about 150°C to 500°C for about 1 to about 2 hours.
  • foil slats 6, 7 can be arranged between adjacent sheet metal slats 4, 5.
  • variations in the structure to be implemented within the laminated core 1 For example, it is not absolutely necessary that foil lamellas 6, 7 are always provided between adjacent laminations or that the same number of foil lamellas 6, 7 is always provided between adjacent laminations.
  • a uniform structure of the laminated core is preferably implemented during production.
  • the thickness of the aluminum foil 11 and thus of the foil lamellas 6, 7 as well as the design and composition of the foil coating 17, in particular of the alloy material 16, are selected such that after the heat treatment at least on a part 20 of the surface 21 of the sheet metal lamina 5 at least near the surface there is a mass fraction of the silicon is at least approximately 6.5% and a mass fraction of silicon and aluminum is no greater than 8.5%.
  • a specification can be selected in which the mass fraction of silicon is between approximately 4% and approximately 5% and a mass fraction of silicon and aluminum is no greater than approximately 8.5 % is.
  • the metal lamina 5 can be alloyed over the entire surface 21 of the lamina 5 . However, the alloying can also take place only on a part 20 of the surface 21 of the lamina 5, as is also described below with reference to FIG.
  • FIG. 6 shows a top view of a coated foil lamina 6, which is arranged on the lamina 5, for the laminated core 1 shown in FIG. 1 or FIG Part 20, in which at least essentially possible eddy currents can occur during operation. It is precisely here that a higher alloy makes sense in order to prevent losses due to eddy currents.
  • Another part 22 is a radially inner part 22 of the surface 21.
  • the parts 20, 22 of the lamina 5 correspond to parts 20', 22' of the foil lamina 6.
  • the foil lamina 6 can now be provided with the foil coating 17 in such a way that the film coating 17 is only on the part 20 'of the film lamella 6.
  • part 22 it is ensured in part 22 that no gaps form, since the silicon in part 20 does not disappear with its volume after diffusing into the iron of the electrical steel sheet 5, but instead the electrical steel sheet 5 increases in thickness accordingly.
  • an inert powder such as an alumina powder can be used.
  • the configuration for a rotor 2 described with reference to FIG. 6 can be implemented in a correspondingly reverse manner on a laminated core 1 which is used for a stator.
  • FIG. 7 shows the laminated core 1 shown in FIG. 5 in the manufactured state.
  • the laminated core 1 shown on the right-hand side in FIG. 4 results in a corresponding manner.
  • the heat treatment used for alloying which for example takes place in a range from 950° C. to 1250° C., preferably at 1000° C. to 1100° C. can take place over, for example, 10 to 30 minutes, diffusion of silicon and aluminum into the laminations 4, 5 is achieved.
  • a near-surface diffusion is preferably achieved, so that average penetration depths 25, 26 for the laminations 4, 5 result, which are less than half the sheet metal thickness of the laminations 4, 5.
  • An aluminum oxide layer 27 remains between the laminations 4, 5 as an insulator 27, with a thickness 28 of the aluminum oxide being predeterminable. Cores 29, 30 of the laminations 4.5 are then less alloyed or largely unalloyed in relation to the alloy material 16.
  • the aluminum foil 11 can have a thickness of approximately 5 ⁇ m to approximately 10 ⁇ m.
  • An aluminum foil 11 that is anodically oxidized on both sides, for example, can also have a foil thickness of 0.03 mm and an oxide layer thickness of 5 to 6 ⁇ m in a modified configuration.
  • the alloy material 16 in the form of a silicon powder with an average grain size of 1 to 5 ⁇ m, for example, is particularly suitable for such a foil thickness of 0.03 mm.
  • a film thickness of 5 ⁇ m for example, a silicon powder with an average particle size of 1 to 5 ⁇ m and optionally an aluminum oxide powder with an average particle size of 0.5 ⁇ m can also be used.
  • the aluminum foil 11 can then have, for example, a foil aluminum oxide layer with a thickness of 1 ⁇ m and a metallic aluminum layer of 4 to 5 ⁇ m.
  • the foil aluminum oxide layer of the aluminum foil 11 and thus on the foil lamellae 6, 7 can also be omitted if aluminum oxide is applied to the aluminum foil 11 via the foil coating 17 in addition to the alloy material 16.
  • the aluminum oxide here can be an aluminum oxide powder.
  • an aluminum foil 11 with at least one foil aluminum oxide layer 8, 9 and additionally a foil coating 17, which has an aluminum oxide can also be used.
  • electrically insulating solids which are preferably used as electrically insulating powders, can also serve as an electrically insulating component of the film coating 17 if they are stable in particular up to 1250° C. in a hydrogen atmosphere and do not melt.
  • a significant reduction of aluminum oxide by a maximum mass fraction of 20% only takes place above 1300°C.
  • a maximum of 7% of the aluminum oxide is reduced.
  • the foil laminations 6, 7 can be stamped from the aluminum foil 11 to the same shape as the laminations 4, 5 before stacking to form the laminated core 1. However, unpunched foil laminations 6, 7 can also be stacked between the laminations 4, 5. Then, after stacking, the protruding foil can be removed. It is also possible that the excess film is not removed and the excess film drips off during the heat treatment.
  • the aluminum oxide layer 27 serving as the insulator 27 still has at least partially the fine channels perpendicular to the layer plane, which are typical for an oxide layer of anodically oxidized aluminum. Furthermore, a layer structure of the aluminum oxide layer 27 can consist of several thin partial layers.
  • suitable alloying elements X on the size of the respective austenite area in the respective phase diagram of FeX is illustrated with reference to FIGS. 8A, 8B and 8C.
  • the concentration of the respective alloying element X in % by weight is plotted on the x-axis, while the temperature T is plotted on the y-axis.
  • FIG. 8A shows a phase diagram for explaining the invention, showing a diagram for an austenite stabilizer.
  • the austenite phase (gamma), as shown in the sketched phase diagram, becomes stable with increasing concentration of manganese at lower and lower temperatures. Room temperature is shown as the lower temperature limit in the diagram.
  • FIG. 8A an exemplary progression according to the invention is plotted along a line Y, which illustrates the effect of the austenite stabilization in the course of the heat treatment.
  • FIG. 8B shows a phase diagram for explaining the invention, a diagram for a eutectoid former being shown.
  • FIG. 8C shows a phase diagram for explaining the invention, with a diagram for a ferrite former being shown.
  • ferrite Due to ferrite formers such as silicon or aluminum, ferrite (alpha) becomes the stable phase at room temperature, as shown in the sketched phase diagram. This means that the austenite is stable only in the presence of a low concentration of the ferrite former and a high temperature. Therefore, the austenite cannot freeze when it cools, since it transforms into ferrite when the temperature is still high.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets (1) einer elektrischen Maschine werden Blechlamellen (4, 5), die auf einem Eisenwerkstoff basieren, durch eine Wärmebehandlung mit einem Legierungswerkstoff (16), der Silizium umfasst, legiert. Hierbei werden vor der Wärmebehandlung auf Aluminium basierende Folienlamellen (6, 7), die Folien-Aluminiumoxidschichten (8, 9) aufweisen, und die mit dem Legierungswerkstoff jeweils zumindest teilweise beschichtet sind, zwischen den Blechlamellen (4, 5) angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine.
Aus der EP 3 511 429 A1 ist ein Verfahren zu Herstellung eines Blechpakets bekannt. Hierbei werden Blechlamellen des Ausgangsblechpakets mit einer Folien-Beschichtung, die einen Massenanteil von mindestens 20 % an Aluminium und/oder Silizium aufweist, beschichtet. Dieses Ausgangsblechpaket wird einer Wärmebehandlung unterworfen, um das Blechpaket zu erhalten. Hierdurch kann ein Blechpaket erhalten werden, das einen Siliziumgehalt entsprechend einem Massenanteil von mindestens 6,5 % aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein nachträgliches Legieren von Blechlamellen des Blechpakets einer elektrischen Maschine und ein nachträgliches Erzeugen von Isolationsschichten auf bzw. zwischen den Blechlamellen des Blechpakets auf kostengünstige Weise ermöglicht wird. Auf diese Weise kann kostengünstiges Elektroblech mit einem niedrigen Aluminium- und Siliziumgehalt, beispielsweise von < 4,0 Masse%, durch eine Wärmebehandlung zumindest im oberflächennahen Bereich auf einen höheren Aluminium- und Siliziumgehalt von beispielsweise 4,0 - 8,5 Masse% auflegiert werden. Außerdem kann in vorteilhafter Weise ein elektrischer Widerstand der Blechlamellen des Blechpakets erhöht werden, ohne dass weichmagnetische Eigenschaften übermäßig verschlechtert werden. Dadurch wird die Effizienz der elektrischen Maschine verbessert.
Erfindungsgemäß werden in einem ersten Schritt Folienlamellen bereitgestellt, die jeweils eine T rägerfolie aus Aluminium und eine auf der T rägerfolie gebildete natürliche oder erzeugte Isolatorschicht, beispielsweise eine Folien- Aluminiumoxidschicht, aufweisen und jeweils auf zumindest einer Seite der Folienlamellen eine Folien-Beschichtung haben. Die Folien-Beschichtung umfasst einen Legierungswerkstoff, ein Haftverbundmittel zum Anhaften des Legierungswerkstoffes an der Folienlamelle und insbesondere zusätzlich Aluminiumoxid in Pulverform.
Weiterhin werden in einem zweiten Schritt Blechlamellen des Blechpakets bereitgestellt, die insbesondere elektrisch unisoliert sind, was einen Unterschied zu einer herkömmlichen Ausgestaltung darstellt, bei der diese elektrisch isoliert sind. Wenn die Blechlamellen eine Lackisolation aufweisen, dann sollte diese entfernt werden, da ansonsten die Diffusion behindert werden könnte und Kohlenstoff aus der Lackschicht ungewünscht ins Blech gehen könnte.
Es erfolgt in einem dritten Schritt ein wechselweises Stapeln von Blechlamellen und Folienlamellen, derart dass zwischen benachbarten Blechlamellen jeweils zumindest eine Folienlamelle liegt.
Ferner erfolgt in einem vierten Schritt ein Erwärmen, beispielsweise Wärmebehandeln, des Stapels von Blechlamellen und Folienlamellen derart, dass
- das Aluminium aus den Trägerfolien der Folienlamellen mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der jeweils benachbarten Blechlamelle diffundiert unter Auflösung der Trägerfolie und dass der Legierungswerkstoff aus der Folien-Beschichtung der Folienlamellen mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der benachbarten Blechlamelle unter Bildung eines auflegierten Bereichs diffundiert, und
- das Aluminiumoxid aus der Folien-Aluminiumoxidschicht der Folienlamellen oder aus der Folien-Beschichtung der Folienlamellen unter Bildung einer Isolationsschicht zwischen den Blechlamellen zurückbleibt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Form und/oder die Fläche der Folienlamellen jeweils der Form und/oder der Fläche der Blechlamellen entsprechen. Dadurch wird eine hinsichtlich der Geometrie der einzelnen Lagen besonders vorteilhafter Aufbau erreicht.
Vorteilhaft ist es, wenn die auf Aluminium basierenden Folienlamellen von einer Aluminiumfolie abgetrennt sind bzw. werden, die an zumindest einer Seite die zumindest eine Folien-Aluminiumoxidschicht aufweist und/oder die an zumindest einer Seite zumindest teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet ist. Insbesondere kann solch eine Aluminiumfolie somit bereits in einem vorgelagerten Herstellungsprozess beschichtet und beispielsweise vorgerollt werden. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass die Folien-Beschichtung nicht zu dick ist. Dadurch kann ein vorteilhaftes Anhaften und Abrollen ermöglicht werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Legierungswerkstoff mittels eines Haftverbundmittels, insbesondere eines Kleisters und/oder mittels Polysaccharids, insbesondere Xanthan, zumindest teilweise auf die zumindest eine Seite der Folienlamelle aufgebracht ist. Der Legierungswerkstoff ist vorzugsweise pulverförmig ausgebildet. Somit kann eine sichere Anbindung des pulverförmigen Legierungswerkstoffs an die Aluminiumfolie erreicht werden. Hierbei kann ein Siliziumpulver und gegebenenfalls zusätzlich ein Aluminiumoxidpulver mit Wasser und beispielsweise Xanthan gemischt werden. Diese Mischung kann dann auf zumindest eine Seite der Aluminiumfolie mittels beispielsweise einer Druckluftsprühpistole aufgebracht werden. Bei einer anschließenden Trocknung verdampft das Wasser, wobei das in der Mischung verbleibende Xanthan dafür sorgt, dass das Pulver beziehungsweise die Pulver gut anhaften. Dies kann für eine oder beide Oberseiten der Aluminiumfolie durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest teilweise zumindest eine der Folienlamellen zwischen benachbarten Blechlamellen angeordnet wird. Für eine Legierung der Blechlamellen ist es vorteilhaft, wenn eine wesentliche Erhöhung des Massenanteils von Silizium erfolgt, der Massenanteil von Silizium und Aluminium aber nicht zu groß wird. Dies bedeutet, dass es in der Regel vorteilhaft ist, wenn die Menge an Aluminium (in metallischer Form) im Vergleich zur Menge an Silizium, das in der Folien-Beschichtung enthalten ist, nicht zu groß wird. Wenn beidseitig beschichtete Folien zwischen benachbarte Blechlamellen eingefügt werden, dann kann zum einen die Menge des Siliziums auf einfache Weise erhöht werden, ohne dass eine Dicke der Folien-Beschichtung zu groß wird. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges Anhaften der Folien-Beschichtung an beiden Seiten der Aluminiumfolie gewährleistet werden. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass die Summe der Schichtdicken der Folien- Aluminiumoxidschichten auf einfache Weise verdoppelt werden kann. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass sich im hergestellten Blechpaket zwischen den Elektroblechen während der Wärmebehandlung eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid bildet. Ferner kann erreicht werden, dass der Massenanteil an Aluminium begrenzt ist, um insbesondere ein Ansteigen einer Magnetostriktion mit zunehmendem Aluminiumanteil zu reduzieren oder ganz zu verhindern.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest teilweise zumindest zwei der Folienlamellen zwischen benachbarten Blechlamellen angeordnet werden. Für eine Legierung der Blechlamellen ist es vorteilhaft, wenn eine wesentliche Erhöhung des Massenanteils von Silizium erfolgt, der Massenanteil von Silizium und Aluminium aber nicht zu groß wird. Dies bedeutet, dass es in der Regel vorteilhaft ist, wenn die Menge an Aluminium (in metallischer Form) im Vergleich zur Menge an Silizium, das in der Folien-Beschichtung enthalten ist, nicht zu groß wird. Wenn mehrere Folienlamellen zwischen benachbarte Blechlamellen eingefügt werden, dann kann zum einen die Menge des Siliziums auf einfache Weise erhöht werden, ohne dass eine Dicke der Folien-Beschichtung zu groß wird. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges Anhaften der Folien-Beschichtung an der betreffenden Seite der Aluminiumfolie gewährleistet werden. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass die Summe der Schichtdicken der Folien- Aluminiumoxidschichten auf einfache Weise vergrößert werden kann. Hierdurch wird verhindert, dass eine Folien-Aluminiumoxidschicht beispielsweise bei der Handhabung teilweise abgerieben wird oder auf sonstige Weise in Teilen abfällt. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass sich im hergestellten Blechpaket eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid bildet. Ferner kann erreicht werden, dass der Massenanteil an Aluminium begrenzt ist, um insbesondere ein Ansteigen einer Magnetostriktion mit zunehmendem Aluminiumanteil zu reduzieren oder ganz zu verhindern. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn zwei Folienlamellen anstelle einer einzigen Folienlamelle zum Einsatz kommen, wobei die beiden Folienlamellen insgesamt die gleich Dicke haben wie die einzelne Folienlamelle. Beispielsweise können statt einer Folienlamelle mit einer Dicke von 10 pm dann zwei Folienlamellen mit jeweils 5 pm mit jeweils einer Folien-Aluminiumoxidschicht zum Einsatz kommen, wodurch sich die Gesamtdicke der Folien-Aluminiumoxidschichten verdoppeln kann.
Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Dicke der Folienlamellen und der auf die Folienlamellen aufgebrachte Legierungswerkstoff und gegebenenfalls der elektrisch isolierende Feststoff so gewählt sind, dass nach der Warmbehandlung zumindest an einem Teil der Oberfläche der Blechlamellen zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zumindest näherungsweise 6,5 % und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 % sind. Insbesondere kann hierdurch eine verschwindende Magnetostriktion erzielt werden, wodurch sich eine geringe Druckempfindlichkeit und eine hohe magnetische Permeabilität ergeben. Die oberflächennahe Legierung kann beispielsweise einen Randbereich beziehungsweise eine Randzone von etwa 500 pm betreffen. Dies ist vorteilhaft, da Wirbelströme bei hohen Frequenzen ebenfalls oberflächennah auftreten. Ein Kernbereich kann dann in vorteilhafter Weise ohne oder mit einem reduzierten Massenanteil von Silizium und/oder Aluminium realisiert werden, so dass der Werkstoff der Elektrobleche dort zäh und somit mechanisch gut belastbar ist. Vorzugsweise ist der Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 %. Der Ausgangswerkstoff der Blechlamellen kann hierbei beispielsweise mit einem Massenanteil von etwa 3 % Silizium ausgebildet sein. Durch die Wärmebehandlung wird dann der Massenanteil von Silizium weiter erhöht, so dass sich vorzugsweise ein Massenanteil von 6,5 % für Silizium ergibt.
Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, dass eine Dicke der Folienlamellen und der auf die Folienlamellen aufgebrachte Legierungswerkstoff und gegebenenfalls der elektrisch isolierende Feststoff so gewählt sind, dass nach der Wärmebehandlung zumindest an einem Teil der Oberfläche der Blechlamellen zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zwischen etwa 4 % und etwa 5 % liegt und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht den Einsatz eines kostengünstigen Werkstoffs für die Blechlamellen. Insbesondere können dann Blechlamellen mit einem Werkstoff zum Einsatz kommen, die keinen wesentlichen Anteil an Silizium aufweisen. Durch die Wärmebehandlung kann dann der Massenanteil an Silizium erhöht werden. Vorzugsweise erfolgt die Erhöhung des Massenanteils von Silizium nicht bis in den Kernbereich der Blechlamellen, da eine hierfür erforderliche Wärmebehandlung in der Regel auch die Korngröße verändern würde. Somit kann eine Veränderung der Korngröße vermieden werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Folienlamellen eine Dicke von etwa 5 pm bis etwa 10 pm aufweisen und vorzugsweise möglichst dünn sind. Hierbei kann beispielsweise eine Folien-Aluminiumoxidschicht von 1 pm vorgesehen sein. Hierbei kann eine gewünschte Anzahl an Folienlamellen zwischen die Blechlamellen eingebracht werden. Somit wird eine vorteilhafte Handhabbarkeit ermöglicht, da insbesondere ein zumindest teilweises Ablösen der Folien- Aluminiumoxidschicht zuverlässig vermieden werden kann. Ein Vorteil in der Folien-Aluminiumoxidschicht der Aluminiumfolie liegt darin, dass sich daraus während der Wärmebehandlung eine Folien-Aluminiumoxidschicht zwischen den Elektroblechen als elektrisch isolierende Schicht ausbildet. Bei Pulver gibt es ein höheres Risiko für Stellen, die nicht ausreichend elektrisch isoliert sind.
Ferner kann bei dieser Ausgestaltung die Folien-Beschichtung relativ dünn sein, ohne dass der Massenanteil an Aluminium in den Blechlamellen nach der Wärmebehandlung unerwünscht groß wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn eine der Wärmebehandlung zum Legieren vorausgehende Wärmebehandlung der Blechlamellen mit den dazwischen angeordneten beschichteten Folienlamellen in einem Bereich von etwa 150°C bis 500°C über etwa eine bis etwa zwei Stunden durchgeführt wird. Hierdurch kann ein Haftverbundmittel oder ein Polysaccharid zuverlässig abgebaut werden. Die Wärmebehandlung kann hierbei unter Wasserstoff erfolgen. Bei beispielsweise 400°C wird beispielsweise Xanthan zu Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan zersetzt und so entfernt. Anschließend kann durch eine Wärmebehandlung bei beispielsweise 1250°C die Diffusion von Silizium und Aluminium in die Blechlamellen erfolgen. Wenn das Silizium und das Aluminium vollständig eindiffundiert sind, dann verbleibt zwischen den Blechlamellen das Aluminiumoxid als elektrisch isolierende Schicht.
Vorteilhaft ist es bei einem Blechpaket für einen Rotor, wenn die Folienlamellen so teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet sind, dass der Legierungswerkstoff mehr an den Blechpakten radial außenliegenden Teilen der Folienlamellen als an den radial innenliegenden Teilen der Folienlamellen vorgesehen ist. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass wellennah eine reduzierte Legierung erzielt ist, so dass der Werkstoff dort zäh bleibt. Wellenfern kann hingegen eine höhere Legierung erzielt werden, so dass der spezifische elektrische Widerstand erhöht ist und somit Ummagnetisierungsverluste reduziert sind.
Vorteilhaft ist es in entsprechender Weise, dass bei einem Blechpaket für einen Stator die Folienlamellen so teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet werden, dass der Legierungswerkstoff näher an den radial innenliegenden Teilen der Folienlamellen als an den radial außenliegenden Teilen der Folienlamellen vorgesehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Aufbau einer Aluminiumfolie entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Aluminiumfolie mit einer Folien-Beschichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Aluminiumfolie im teilweise aufgerollten Zustand in einer schematischen Darstellung;
Fig. 4 den Aufbau eines Blechpakets entsprechend einem Ausführungsbeispiel bei der Herstellung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung, dabei stellt der linke Teil den Ausschnitt des Blechpakets vor der Wärmebehandlung und der rechte Teil den Ausschnitt des Blechpakets nach der Wärmebehandlung dar, wobei der in Fig. 4A mit IV gekennzeichnete Ausschnitt gezeigt ist; Fig. 4A ein ganzes Blechpaket in einer schematischen Darstellung;
Fig. 5 den in Fig. 1 dargestellten Aufbau bei der Herstellung entsprechend einer abgewandelten Ausgestaltung vor der Wärmebehandlung, wobei wie in Fig. 4 ein Ausschnitt des ganzen Blechpakets dargestellt ist;
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine beschichtetes Folienlamelle für das in Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 dargestellte Blechpaket entsprechend einer möglichen Ausgestaltung;
Fig. 7 das in Fig. 1 beziehungsweise in Fig. 2 dargestellte Blechpaket im hergestellten Zustand nach der Wärmebehandlung;
Fig. 8A ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Austenitstabilisator dargestellt ist;
Fig. 8B ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Eutektoidbildner dargestellt ist; und
Fig. 8C ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Ferritbildner dargestellt ist.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Aluminiumfolie 11 entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Die Aluminiumfolie 11 weist eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 auf. Ferner weist die Aluminiumfolie 11 eine Trägerfolie 10 auf, die nicht oxidiert ist und somit aus Reinaluminium besteht. Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Aluminiumfolie 11 mit einer Folien- Beschichtung 17 entsprechend dem Ausführungsbeispiel. Die Folien- Beschichtung 17 ist aus einem Legierungswerkstoff 16 gebildet und auf einer der Seiten 12, 13 aufgebracht. Der Legierungswerkstoff 16 umfasst Silizium und besteht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Silizium. Die Folien- Beschichtung 17 kann weitere Bestandteile aufweisen. Vorteilhaft ist eine möglichst dünne Ausgestaltung der Aluminiumfolie 11 mit einer möglichst dicken Folien-Beschichtung 17 mit Legierungselementen, wie Silizium.
Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargestellte Aluminiumfolie 11 im teilweise aufgerollten Zustand in einer schematischen Darstellung. Die Folien-Beschichtung 17 ist hierbei zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Von der Aluminiumfolie 11 werden Folienlamellen 6, 7 abgetrennt, die dann jeweils mit der Folien- Beschichtung 17 beschichtet sind.
Die Aluminiumfolie 11 kann dann so angeliefert werden, dass an einer oder beiden Seiten 12, 13 der Aluminiumfolie 11 eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 vorgesehen ist. Somit kann sich je nach Ausgestaltung nur an einer der Seiten 12, 13 oder auch an beiden Seiten 12, 13 eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8, 9 befinden. Die Aluminiumfolie 11 kann sich aufgerollt auf einer Rolle 18 befindet, die schematisch veranschaulicht ist.
Vorzugsweise befindet sich an nur einer der Seiten 12, 13 eine Folien- Aluminiumoxidschicht 8 sowie an nur einer der Seiten 12, 13 die Folien- Beschichtung 17, die auf Silizium basiert.
Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Blechpakets 1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel bei der Herstellung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung.
Hierbei zeigt 4 den in Fig. 4A mit IV gezeigten Ausschnitt aus dem ganzen Blechpaket 1.
Das Blechpaket 1 kann insbesondere für einen Rotor 2 (Fig. 6) oder einen Stator einer elektrischen Maschine 3 dienen. Solch ein Rotor 2 kann dann mehrere solche Blechpakete 1 aufweisen. Insbesondere eignet sich das Blechpaket 1 für eine elektrische Maschine 3, die als elektrischer Antriebsmotor 3 für Kraftfahrzeuge dient.
Zur Herstellung des Blechpakets 1 werden erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:
In einem ersten Schritt werden Folienlamellen 6,7,10,11 bereitgestellt, die jeweils eine Trägerfolie 10 aus Aluminium, also eine Aluminiumfolie, und eine auf der Trägerfolie 10 gebildete natürliche oder erzeugte Isolatorschicht 8, insbesondere eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8, aufweisen und jeweils auf zumindest einer Seite 12, 13 eine Folien-Beschichtung 17 haben. Die Folien-Beschichtung 17 umfasst einen Legierungswerkstoff 16, beispielsweise Silizium, ein Haftverbundmittel und insbesondere zusätzlich Aluminiumoxid in Pulverform.
In einem nachfolgenden zweiten Schritt werden Blechlamellen 4, 5 des Blechpakets 1 bereitgestellt, die insbesondere elektrisch unisoliert sind.
In einem nachfolgenden dritten Schritt erfolgt ein wechselweises Stapeln von Blechlamellen 4, 5 und Folienlamellen 6,7,11 derart, dass zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 jeweils zumindest eine Folienlamelle 6, 7,11 liegt.
In einem nachfolgenden vierten Schritt erfolgt ein Erwärmen, insbesondere Wärmebehandeln, des Stapels von Blechlamellen 4, 5 und Folienlamellen 6,7,11 derart, dass a) das Aluminium aus den Trägerfolien 10 der Folienlamellen 6,7,10,11 mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der jeweils benachbarten Blechlamelle 4,5 diffundiert unter Auflösung der Trägerfolie 10 und dass der Legierungswerkstoff 16 aus der Folien-Beschichtung 17 der Folienlamellen 6,7,11 mit einer bestimmten Tiefe 25, 26 ins Metall der benachbarten Blechlamelle 4,5 unter Bildung eines auflegierten Bereichs 23,24 diffundiert, und b) das Aluminiumoxid (AI2O3) aus der Folien-Aluminiumoxidschicht 8 oder aus der Folien-Beschichtung 17 der Folienlamellen 6,7,11 unter Bildung einer Isolationsschicht 27 zwischen den Blechlamellen 4, 5 zurückbleibt.
Das Erwärmen im vierten Schritt kann beispielsweise durch Strahlung und/oder Konvektion, induktiv oder durch Stromfluss durch die Blechlamellen 4,5 erfolgen. Das Blechpaket 1 weist Blechlamellen 4, 5, 5‘ auf, die auf einem Eisenwerkstoff basieren.
Bei der Herstellung wird zwischen benachbarte Blechlamellen 4, 5, 5‘ jeweils zumindest eine Folienlamelle 6, 7 angeordnet. In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Folienlamelle 6 zwischen den Blechlamellen 4, 5 und eine Folienlamelle 7 zwischen den Blechlamellen 4, 5‘ angeordnet.
Es wird vorzugsweise eine Aluminiumfolie 11 einer ganzen Rolle bzw. eines ganzen Coils beschichtet und wieder aufgerollt. Bei der Herstellung der Blechpakete 1 , das durch abwechselndes Stapeln von Blechlamellen (Elektroblech) 4, 5 und Aluminiumfolie erfolgt, werden die Folienlamellen 6, 7 von der bzw. aus der Aluminiumfolienrolle 11 ab- bzw. ausgeschnitten und zwischen die Blechlamellen 4, 5, 5‘ gelegt.
Bei der dargestellten Ausgestaltung weist die Folienlamelle 6 an beiden Seiten 12, 13 jeweils eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 auf. Ferner ist die Folien- Beschichtung 17 auf beide Seiten 12, 13 der Folienlamelle 6 aufgebracht.
Nach einer Warmbehandlung wird der in der Fig. 4 rechts dargestellte Zustand erreicht. Hierbei hat sich das Volumen der Blechlamellen 4, 5, 5‘ jeweils vergrößert, da das Silizium und das Aluminium in auflegierte Zonen oder Bereiche 23, 24 der Blechlamellen 4,5 eindiffundiert sind. Hierbei kann von dem Aluminium ein Eutektikum mit dem Silizium gebildet werden, was das Eindiffundieren erleichtert. Das Aluminiumoxid 8 verbleibt zwischen den Schichten 4, 5, 5‘.
Fig. 5 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Aufbau bei der Herstellung entsprechend einer abgewandelten Ausgestaltung, wobei wie in Fig. 4 ein Ausschnitt des ganzen Blechpakets dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung können Folienlamellen 6, 7 von der Aluminiumfolie 11 abgetrennt und jeweils mehrere, beispielsweise zwei Folienlamellen 6,7, zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass mengenmäßig mehr Aluminiumoxid und/oder Legierungswerkstoff 16 zwischen benachbarte Blechlamellen 4, 5 eingebracht werden kann, wenn die zum Einsatz kommende Aluminiumfolie 11 dann beispielsweise eine halb so dicke Schicht 10 aus reinem Aluminium aufweist. Das Einbringen von entsprechend mehr Aluminiumoxid und/oder Legierungswerkstoff 16 kann dadurch erreicht werden, ohne dass die Handhabung zu stark beeinträchtigt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Schichtaufbau der Folienlamellen 6, 7 in Fig. 5 nicht dargestellt. Dieser ergibt sich in entsprechender Weise aus der anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausgestaltung. Die Folienlamellen 6, 7 sind vorzugsweise sehr viel dünner als die Folien-Beschichtung 17 mit dem Legierungswerkstoff 16.
Die Folien-Beschichtung 17 kann einen Haftverbundmittel und/oder ein Polysaccharid, insbesondere Xanthan, aufweisen, mit dem der Legierungswerkstoff 16 auf die Oberseite 14 der Aluminiumfolie 11 und somit der Folienlamellen 6, 7 aufgebracht wird. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Legierungswerkstoff 16 allerdings auch als wässrige Suspension aufgetragen werden. Allerdings hat das Aufträgen mittels eines Haftverbundmittels und/oder eines Polysaccharids den Vorteil, dass ein gleichmäßigerer und konstanterer Auftrag auf in der Regel bereits ausgestanzte Blechlamellen 4, 5 auch bei komplexen Geometrien möglich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der pulverförmige Legierungsstoff 16 nach dem Trockenen nicht von der Aluminiumfolie 11 und der Folienlamelle 6, 7 herunterfällt.
Durch eine Wärmebehandlung, die der Wärmebehandlung zum Legieren vorausgeht, können das Haftverbundmittel beziehungsweise das Polysaccharid entfernt werden. Diese Wärmebehandlung kann in einer Wasserstoffatmosphäre in einem Bereich von etwa 150°C bis 500°C über etwa eine bis etwa zwei Stunden durchgeführt werden.
Es sind weitere Abwandlungen denkbar. Beispielsweise können auch mehr als zwei Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 angeordnet werden. Außerdem ist es denkbar, dass innerhalb des Blechpakets 1 Variationen im Aufbau realisiert werden. Beispielsweise ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass stets Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen vorgesehen sind oder dass stets die gleiche Anzahl an Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen vorgesehen ist. Vorzugsweise ist jedoch ein einheitlicher Aufbau des Blechpakets bei der Herstellung realisiert. Eine Dicke der Aluminiumfolie 11 und somit der Folienlamellen 6, 7 sowie Ausgestaltung und Zusammensetzung der Folien-Beschichtung 17, insbesondere des Legierungswerkstoffs 16, sind so gewählt, dass nach der Wärmebehandlung zumindest an einem Teil 20 der Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zumindest näherungsweise 6,5 % und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 % sind. Dies ergibt sich in entsprechender Weise für die Blechlamelle 4. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann eine Vorgabe gewählt werden, bei der der Massenanteil des Siliziums zwischen etwa 4 % und etwa 5 % liegt und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % ist. Die Legierung der Blechlamelle 5 kann an der gesamten Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 erfolgen. Die Legierung kann allerdings auch nur an einem Teil 20 der Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 erfolgen, wie es nachfolgend auch unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben ist.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine beschichtete Folienlamelle 6, das auf der Blechlamelle 5 angeordnet ist, für das in Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 dargestellte Blechpaket 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung für einen Rotor 2. Hierbei ist der Teil 20 ein radial außenliegender Teil 20, in dem im Betrieb zumindest im Wesentlichen grundsätzlich mögliche Wirbelströme auftreten können. Gerade hier ist deshalb eine höhere Legierung sinnvoll, um die Verluste durch Wirbelströme zu verhindern. Ein anderer Teil 22 ist ein radial innenliegender Teil 22 der Oberfläche 21. Den Teilen 20, 22 der Blechlamelle 5 entsprechen Teile 20‘, 22‘ der Folienlamelle 6. Die Folienlamelle 6 kann nun so mit der Folien-Beschichtung 17 versehen sein, dass sich die Folien-Beschichtung 17 nur auf dem Teil 20‘ der Folienlamelle 6 befindet. Dies bedeutet, dass nach der Herstellung eine höhere Legierung im Teil 20 der Blechlamelle 5 als im anderen Teil 22 der Blechlamelle 5 erzielt ist. Insbesondere kann dadurch der Eisenwerkstoff im Teil 22, mit dem die Blechlamelle 5 beispielsweise auf eine Welle aufgepresst wird, eine höhere mechanische Belastbarkeit aufweisen.
Hierbei wird im Teil 22 dafür gesorgt, dass es nicht zur Spaltbildung kommt, da das Silizium in dem Teil 20 nach dem Eindiffundieren in das Eisen des Elektroblechs 5 mit seinem Volumen nicht verschwindet, sondern das Elektroblech 5 entsprechend in der Dicke zunimmt. Um dies zu kompensieren, kann z. B. im Teil 21 ein inertes Pulver, wie ein Aluminiumoxidpulver, verwendet werden.
Die anhand der Fig. 6 beschriebene Ausgestaltung für einen Rotor 2 kann in entsprechend umgekehrter weise an einem Blechpaket 1 realisiert werden, das für einen Stator dient.
Fig. 7 zeigt das in Fig. 5 dargestellte Blechpaket 1 im hergestellten Zustand. In entsprechender Weise ergibt sich das in der Fig. 4 auf der rechten Seite dargestellte Blechpaket 1. Durch die zum Legieren dienende Wärmebehandlung, die beispielsweise in einem Bereich von 950°C bis 1250°C, vorzugsweise bei 1000°C bis 1100°C, über beispielsweise 10 bis 30 Minuten erfolgen kann, wird eine Diffusion von Silizium und Aluminium in die Blechlamellen 4, 5 erreicht. Hierbei wird vorzugsweise eine oberflächennahe Diffusion erreicht, so dass sich durchschnittliche Eindringtiefen 25, 26 für die Blechlamellen 4, 5 ergeben, die kleiner als eine halbe Blechdicke der Blechlamellen 4, 5 sind. Zwischen den Blechlamellen 4, 5 verbleibt eine Aluminiumoxidschicht 27 als Isolator 27, wobei eine Dicke 28 des Aluminiumoxids vorgebbar ist. Kerne 29, 30 der Blechlamellen 4,5 sind dann in Bezug auf den Legierungswerkstoff 16 geringer legiert oder weitgehend unlegiert.
Bei einer möglichen Ausgestaltung kann die Aluminiumfolie 11 eine Dicke von etwa 5 pm bis etwa 10 pm aufweisen. Eine beispielsweise beidseitig anodisch oxidierte Aluminiumfolie 11 kann bei einer abgewandelten Ausgestaltung allerdings auch eine Foliendicke von 0,03 mm und eine Oxidschichtdicke von 5 bis 6 pm aufweisen. Der Legierungswerkstoff 16 in Form eines Siliziumpulvers mit einer mittleren Korngröße von beispielsweise 1 bis 5 pm eignet sich insbesondere für solch eine Foliendicke von 0,03 mm. Bei einer Foliendicke von beispielsweise 5 pm kann ebenfalls ein Siliziumpulver mit einer mittleren Korngröße von 1 bis 5 pm und gegebenenfalls zusätzlich ein Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Korngröße von 0,5 pm zum Einsatz kommen. Die Aluminiumfolie 11 kann dann beispielsweise eine Folien- Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 1 pm und eine metallische Aluminiumschicht von 4 bis 5 pm aufweisen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Folien-Aluminiumoxidschicht der Aluminiumfolie 11 und somit an den Folienlamellen 6, 7 auch entfallen, wenn Aluminiumoxid zusätzlich zu dem Legierungswerkstoff 16 über die Folien- Beschichtung 17 auf die Aluminiumfolie 11 aufgebracht wird. Das Aluminiumoxid kann hierbei ein Aluminiumoxidpulver sein. Prinzipiell kann auch eine Aluminiumfolie 11 mit zumindest einer Folien-Aluminiumoxidschicht 8, 9 und zusätzlich eine Folien-Beschichtung 17, die ein Aluminiumoxid aufweist, zum Einsatz kommen.
Als elektrisch isolierender Bestandteil der Folien-Beschichtung 17 können auch andere elektrisch isolierende Feststoffe, die vorzugsweise als elektrisch isolierende Pulver zum Einsatz kommen, dienen, wenn diese insbesondere bis 1250°C in Wasserstoffatmosphäre stabil sind und nicht schmelzen. In einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt erst ab 1300°C eine signifikante Reduktion von Aluminiumoxid um einen Massenanteil von maximal 20 %. Bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1250°C werden maximal 7 % des Aluminiumoxids reduziert. Auch Siliziumoxid (SiC>2) und Mullit (AI(4+2x)Si(2-2x 0(io-x) mit x =0,17 bis 0,59) sind in stark reduzierender Wasserstoffatmosphäre bis 1250°C stabil und schmelzen nicht. Vorzugsweise kommen Oxide aus Aluminium und Silizium zum Einsatz, um den Isolator 27 auszubilden.
Die Folienlamellen 6, 7 können aus der Aluminiumfolie 11 vor dem Stapeln zum Blechpaket 1 auf die gleiche Form gestanzt werden wie die Blechlamellen 4, 5. Allerdings können auch ungestanzte Folienlamellen 6, 7 zwischen die Blechlamellen 4, 5 gestapelt werden. Dann kann nach dem Stapeln die überstehende Folie entfernt werden. Es ist auch möglich, dass die überstehende Folie nicht entfernt wird und bei der Wärmebehandlung ein Abtropfen der überstehenden Folie erfolgt.
Im hergestellten Zustand weist beispielsweise die als Isolator 27 dienende Aluminiumoxidschicht 27 zumindest teilweise noch die feinen Kanäle senkrecht zur Schichtebene auf, die für eine Oxidschicht von anodisch oxidiertem Aluminium typisch sind. Ferner kann hierbei ein Schichtaufbau der Aluminiumoxidschicht 27 aus mehreren dünnen Teilschichten bestehen. Anhand der Fig. 8A, 8B und 8C ist der Einfluss geeigneter Legierungselemente X auf die Größe des jeweiligen Austenitbereichs im jeweiligen Phasendiagramm von FeX veranschaulicht. Hierbei ist die Konzentration des jeweiligen Legierungselements X in Gew-% jeweils an der x-Achse angetragen, während die Temperatur T jeweils an der y-Achse angetragen ist.
Fig. 8A zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Austenitstabilisator dargestellt ist. Durch Mangan als Austenitstabilisator wird die Austenitphase (Gamma), wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, mit zunehmender Konzentration von Mangan bei immer tieferen Temperaturen stabil. Im Diagramm ist als untere Temperaturgrenze Raumtemperatur dargestellt.
In Fig.8A ist ein beispielhafter erfindungsgemäßer Verlauf gemäß einer Linie Y eingezeichnet, der den Effekt der Austenitstabilisierung im Laufe der Wärmebehandlung veranschaulicht. Durch das Eindiffundieren des Austenitstabilisators in die jeweilige Blechlamelle 4,5 wird der Austenit der erwärmten Blechlamelle 4,5 so stabilisiert, dass bei Abkühlung der Blechlamelle 4,5 keine Umwandlung des Austenits wieder in Ferrit entsprechend dem Phasendiagramm erfolgt.
Fig. 8B zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Eutektoidbildner dargestellt ist.
Durch Kupfer als Eutektoidbildner wird die Austenitphase, wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, mit zunehmender Konzentration von Kupfer bei tieferen Temperaturen stabil. Jedoch kann dadurch keine Stabilität bis hinunter zur Raumtemperatur erzielt werden. Vielmehr tritt bei einer bestimmten Kupferkonzentration ein Minimum für die Temperatur auf, bei der die Austenitphase noch stabil ist. Dieses Gebiet, in dem Austenit auch bei niedriger Temperatur deutlich unterhalb von A3 stabil ist, ermöglicht den Austenit beim Abkühlen quasi einzufrieren und so bei der weiteren Abkühlung bis zur Raumtemperatur zu bewahren. Danach nimmt die Temperatur, bis zu der die Austenitphase stabil ist, mit weiter zunehmender Konzentration an Kupfer zu. Dadurch wird es zunehmend erschwert, den Austenit bei Abkühlen quasi einzufrieren und dies letztendlich auch nicht mehr möglich. Eine weitere Steigerung der Kupferkonzentration führt zu der Konzentration, ab der die Bildung einer Austenitphase im Eisen nicht mehr möglich ist. Fig. 8C zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Ferritbildner dargestellt ist.
Durch Ferritbildner wie Silizium oder Aluminium wird Ferrit (Alpha), wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, die bei Raumtemperatur stabile Phase. Dies bedeutet, dass der Austenit nur bei gleichzeitigem Vorliegen einer niedrigen Konzentration des Ferritbildners und einer hohen Temperatur stabil ist. Daher kann der Austenit beim Abkühlen nicht einfrieren, da er sich bei noch hoher Temperatur in Ferrit umwandelt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets, insbesondere zum nachträglichen Legieren von Blechlamellen (4, 5) eines Blechpakets (1) und zum nachträglichen Erzeugen von Isolationsschichten (8, 9) auf beziehungsweise zwischen den Blechlamellen (4, 5) des Blechpakets (1), insbesondere eines Stators oder Rotors, einer elektrischen Maschine mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen von Folienlamellen (6,7,10,11), die jeweils eine Trägerfolie (10) aus Aluminium und eine natürliche oder erzeugte Folien-Aluminiumoxidschicht (8) aufweisen und jeweils auf zumindest einer Seite (12, 13) eine Folien- Beschichtung (17) haben, die einen Legierungswerkstoff (16), insbesondere Silizium, ein Haftverbundmittel und insbesondere zusätzlich Aluminiumoxid in Pulverform umfasst;
- Bereitstellen von Blechlamellen (4, 5) des Blechpakets (1), die insbesondere elektrisch unisoliert sind,
- Wechselweises Stapeln von Blechlamellen (4, 5) und Folienlamellen (6,7,11), derart dass zwischen benachbarten Blechlamellen (4, 5) jeweils zumindest eine Folienlamelle (6, 7,11) liegt;
- Erwärmen, insbesondere Wärmebehandeln, des Stapels von Blechlamellen (4, 5) und Folienlamellen (6,7,11) derart, dass a) das Aluminium aus den Trägerfolien (10) der Folienlamellen (6,7,10,11) ins Metall der jeweils benachbarten Blechlamelle (4,5) diffundiert unter Auflösung der Trägerfolie (10) und dass der Legierungswerkstoff (16) aus der Folien- Beschichtung (17) der Folienlamellen (6,7,11) mit einer bestimmten Tiefe (25, 26) ins Metall der benachbarten Blechlamelle (4,5) unter Bildung eines auflegierten Bereichs (23,24) diffundiert, und b) das Aluminiumoxid aus der Folien-Aluminiumoxidschicht (8) oder aus der Folien-Beschichtung (17) der Folienlamellen (6,7,11) unter Bildung einer Isolationsschicht (27) zwischen den Blechlamellen (4, 5) zurückbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und/oder die Fläche der Folienlamellen (6,7,11) der Form und/oder der Fläche der Blechlamellen (4, 5) entsprechen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Aluminium basierenden Folienlamellen (6, 7,10,11) von einer Aluminiumfolie (11) abgetrennt sind bzw. werden, die an zumindest einer Seite die zumindest eine Folien-Aluminiumoxidschicht (8, 9) aufweist und/oder die an zumindest einer Oberseite (14, 15) zumindest teilweise mit dem Legierungswerkstoff (16) beschichtet ist bzw. wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Legierungswerkstoff (16), der vorzugsweise pulverförmig ausgebildet ist, mittels des Haftverbundmittels, insbesondere eines Kleisters und/oder mittels eines Polysaccharids, insbesondere Xanthan, zumindest teilweise auf die zumindest eine Oberseite (14, 15) der Folienlamelle (6, 7, 10,11) aufgebracht ist bzw. wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise zumindest zwei der Folienlamellen (6, 7,10,11) zwischen benachbarten Blechlamellen (4, 5) angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Folienlamellen (6, 7,10,11) und der auf die Folienlamellen (6, 7,10,11) aufgebrachte Legierungswerkstoff (16) und gegebenenfalls der elektrisch isolierende Feststoff so gewählt sind, dass nach der Warmbehandlung zumindest an einem Teil (20) der Oberfläche (21) der Blechlamellen (4, 5) zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zumindest näherungsweise 6,5 % und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % sind oder zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zwischen etwa 4 % und etwa 5 % liegt und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienlamellen (6, 7,10,11) eine Dicke von etwa 5 pm bis etwa 10 pm aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Wärmebehandlung zum Legieren vorausgehende Wärmebehandlung der Blechlamellen (4, 5) mit den dazwischen angeordneten beschichteten Folienlamellen (6, 7,10,11) in einem Bereich von etwa 150°C bis 500°C über eine bis etwa zwei Stunden durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Blechpaket für einen Rotor die Folienlamellen (6, 7,10,11) so teilweise mit dem Legierungswerkstoff (16) beschichtet werden, dass der Legierungswerkstoff näher an den radial außenliegenden Teilen (20‘) der Folienlamellen (6,7,10,11) als an den radial innenliegenden Teilen (22‘) der Folienlamellen (6, 7,10,11) vorgesehen ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Blechpaket für einen Stator die Folienlamellen (6, 7,10,11) so teilweise mit dem Legierungswerkstoff (16) beschichtet werden, dass der Legierungswerkstoff näher an den radial innenliegenden Teilen (20‘) der Folienlamellen (6,7,10,11) als an den radial außenliegenden Teilen (22‘) der Folienlamellen (6, 7,10,11) vorgesehen ist.
PCT/EP2022/081739 2021-12-08 2022-11-14 Verfahren zur herstellung eines blechpakets einer elektrischen maschine WO2023104431A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021213935.3A DE102021213935A1 (de) 2021-12-08 2021-12-08 Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine
DE102021213935.3 2021-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023104431A1 true WO2023104431A1 (de) 2023-06-15

Family

ID=84387896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/081739 WO2023104431A1 (de) 2021-12-08 2022-11-14 Verfahren zur herstellung eines blechpakets einer elektrischen maschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021213935A1 (de)
WO (1) WO2023104431A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3756867A (en) * 1969-11-03 1973-09-04 Cie Ateliers Et Forges De La L Method of producing silicon steels with oriented grains by coiling with aluminum strip
EP3127648A1 (de) * 2014-04-01 2017-02-08 Toyo Kohan Co., Ltd. Verfahren zur herstellung von metalllaminatmaterial
EP3511429A1 (de) 2018-01-11 2019-07-17 Robert Bosch GmbH Elektroblechpaket und verfahren zu seiner herstellung
US20200165712A1 (en) * 2017-02-28 2020-05-28 Tata Steel Ijmuiden B.V. Method for producing a hot-formed coated steel product

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3756867A (en) * 1969-11-03 1973-09-04 Cie Ateliers Et Forges De La L Method of producing silicon steels with oriented grains by coiling with aluminum strip
EP3127648A1 (de) * 2014-04-01 2017-02-08 Toyo Kohan Co., Ltd. Verfahren zur herstellung von metalllaminatmaterial
US20200165712A1 (en) * 2017-02-28 2020-05-28 Tata Steel Ijmuiden B.V. Method for producing a hot-formed coated steel product
EP3511429A1 (de) 2018-01-11 2019-07-17 Robert Bosch GmbH Elektroblechpaket und verfahren zu seiner herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021213935A1 (de) 2023-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1905047B1 (de) Verfahren zur herstellung eines weichmagnetischen kerns für generatoren sowie generator mit einem derartigen kern
EP3595148B1 (de) Verfahren zur herstellung einer materiallage und eines materiallagengefüges für eine dynamoelektrische rotatorische maschine
DE102011008796A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Induktionsrotoren mit Leiterstäben, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, und dadurch hergestellte Rotoren
DE102016119650A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Kernmaterials
DE102017208719A1 (de) Weichmagnetisches Blechpaket und Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Blechpakets für einen Stator und/oder Rotor einer elektrischen Maschine
EP4133571B1 (de) Materiallage für ein blechpaket einer elektrischen maschine
DE102020127454A1 (de) Axialflussmotoranordnungen mit Rotoren variabler Dicke und Rotoren mit innen angeordneten Magneten
AT522710A1 (de) Stator für eine Axialflussmaschine
EP4027358B1 (de) Weichmagnetische legierung und verfahren zum herstellen einer weichmagnetischen legierung
DE2366048C2 (de) Aufgrund einer Wärmebehandlung einen festen Schichtenverband bildender Schichtwerkstoff für mit hoher Frequenz betriebene elektrotechnische Bauteile und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3511429B1 (de) Verfahren zur herstellung eines elektroblechpakets
DE2009171C3 (de) Verfahren zum Herstellen von lameliierten Blechpaketen für Magnetköpfe
WO2021185398A1 (de) Verfahren zur herstellung einer schichtanordnung aus elektroblech, danach hergestellte schichtanordnung, rotor oder stator sowie elektromotor
WO2023104431A1 (de) Verfahren zur herstellung eines blechpakets einer elektrischen maschine
EP3859953A1 (de) Blechpaket für eine elektrische rotierende maschine
EP3960334A1 (de) Verfahren zur fertigung einer elektrischen maschine sowie anlage und fahrzeug
WO2003092019A1 (de) Ptc-bauelement und verfahren zu dessen herstellung
EP4222764A1 (de) Verfahren zur herstellung einer materiallage mit zumindest einer aussparung
DE102006020435A1 (de) Elektrische Maschine
WO2021032379A1 (de) Verfahren zur herstellung eines kurzschlussläufers einer asynchronmaschine
DE102021213936A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine
DE2009631A1 (de) Elektrisches Gerat mit einem lamellierten Blechkorper, und Verfahren zu seiner Her stellung
WO2024074465A1 (de) Verfahren zum herstellen einer cofe-legierung für ein blechpaket
EP3614541A1 (de) Verfahren zum herstellen eines einen magnetischen fluss führenden bauteils für eine elektrische oder elektronische komponente mit gradierung von magnetischen eigenschaften, bauteil sowie komponente
EP4054059A1 (de) Magnetblech für ein blechpaket, blechpaket, elektrische maschine und verfahren zur herstellung eines magnetblechs

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22817663

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1