DE102008044097A1

DE102008044097A1 - Statorpaket aus Flachdraht

Info

Publication number: DE102008044097A1
Application number: DE200810044097
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Krauth; Tilo Koenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-02
Also published as: WO2010060820A3; WO2010060820A2

Abstract

Es ist bekannt, bei Rückschlüssen für elektrische Maschinen, diese aus Blechpaketen oder auch aus Lamellenpaketen auszubilden. Die Bleche werden bisher aus einem Blechstreifen ausgestanzt und einzeln oder als Blechpaket verbunden weiterverarbeitet. Das Stanzen erfordert jedoch ein hohes Einsatzgewicht. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dieses Einsatzgewicht drastisch zu reduzieren. Es wird hierzu ein Rückschluss bzw. ein Statorblech, aufgebaut aus mehreren flachen Matalllagen (1), vorgeschlagen, bei dem zur Herstellung schraubenförmig gepackter Matalllagen (1) ein Metallstreifen (2) um einen Hilfskörper (3), insbesondere Dom, gewickelt wird, der dabei mittels Hochkantrollen in eine schraubenförmige Form (8) gebracht wird, wonach der Hilfskörper (3) entfernt wird und die Metalllagen (1) schraubenförmig gepackt vorliegen. Ein Einsatz der Erfindung ist für jeden Motor mit Luftspaltwicklung, speziell für Gebläsemotoren, möglich.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rückschluss bzw. ein Statorblech aufgebaut aus mehreren flachen Metalllagen.
Es ist bekannt bei einem Rückschluss für elektrische Maschinen, wie einem Rückschlussjoch, beispielsweise vorgesehen für einen Stator, diesen aus Blechpaketen oder auch aus Lamellenpaketen auszubilden. Diese Pakete bestehen aus einzelnen Blechen oder auch aus Einzellamellen. Die Bleche werden bisher aus einem Blechstreifen ausgestanzt und einzeln oder als Blechpaket verbunden weiterverarbeitet. Eine Verbindung der Bleche zueinander wird durch Blechlack, Stanzpaketierpunkte oder durch eine Schweißverbindung hergestellt. Das Stanzen erfordert jedoch ein hohes Einsatzgewicht.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rückschluss bzw. das Statorblech hat demgegenüber den Vorteil, dass eine schnelle und kostengünstige Herstelltechnik ermöglicht wird. Es ist in einfacher Art und Weise ein Rückschluss bzw. ein Statorblech herstellbar, bei dem kein Verschnitt bei der Herstellung anfällt bzw. insgesamt eine sehr hohe Materialausnutzung erfolgt. Außerdem ist nur eine sehr kurze Fertigungszeit notwendig. Darüber hinaus ergibt sich insgesamt ein einfacher und zuverlässiger Aufbau des Rückschlusses bzw. des Statorblechs. Eine vorteilhafte und dicht bepackte Ausführung des Statorblechs ist gegeben, wenn ein zur Herstellung der Wickelung der Metalllagen vorgesehener Flachdraht mittels Hochkantrollen in eine schraubenförmige Form gebracht wird. Es liegt dann ein Statorpaket aus Flachdraht vor.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Es ist vorteilhaft, bei dem Rückschluss bzw. Statorblech die Metalllagen aus magnetisch leitendem Flachdraht, aus Siliziumstähle oder Nickelstähle, herzustellen. Der Flachdraht hat den zusätzlichen Vorteil keinen Stanzgrad, sondern einen Radius zu haben. Dadurch ist er ohne dicke Isolation, eventuell nur Lack, bewickelbar. Eine gute Wirbelstromvermeidung ist gegeben, wenn der Metallstreifen bzw. die Metalllagen aus magnetisch leitendem Eisenmetall, wie Stahlblech oder aus Elektroblech, bestehen. Die Wirbelströme werden einerseits durch die Wahl des Metallwerkstoffes und andererseits durch die Isolierung der Metallstreifen zueinander minimiert. Sehr vorteilhaft ist dabei, wenn die Metalllagen voneinander durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen voneinander isoliert sind. Optional ist durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen auch eine Verbindung der Metalllagen möglich. Vorteilhaft ist, die Metalllagen von der Wicklung durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen zu isolieren.
Ein einfacher Aufbau des Rückschlusses bzw. Statorblechs liegt vor, wenn der Rückschluss bzw. das Statorblech insgesamt einteilig aufgebaut ist bzw. aus einem einteilig aufgewickelten Metallstreifen besteht.
Eine vorteilhafte Herstellungsweise ist möglich, wenn durch entsprechendes Hochkantrollen der Metalllagen eine Anpassung an über die Länge veränderbare Durchmesser für das Statorblech ermöglicht wird, wonach eine feste Verbindung der Metalllagen in axialer Richtung durchgeführt wird.
Eine gute Anpassung an verschiedene Einbaulagen des Rückschlusses bzw. des Statorblechs ist möglich, indem durch entsprechendes Verdrehen der Metalllagen eine Anpassung an über die Länge veränderbare Durchmesser für den Rückschluss bzw. des Statorblechs ermöglicht wird, wonach eine feste Verbindung der Metalllagen in axialer Richtung durchgeführt wird.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert und anhand der Zeichnung weiter verdeutlicht.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Rückschlusses bei der Herstellung auf einem Dom und
2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Rückschlusses in einer endseitig von Hand etwas aufgefächerten Darstellung.
Ausführungsform der Erfindung
Es ist bekannt, zur Herstellung von magnetischen Kreisen für elektrische Maschinen, wie von Dynamos und Elektromotoren, Rückschlüsse zu verwenden. Der Rückschluss dient als Rückschlussjoch für die magnetischen Feldlinien und ist insbesondere Teil eines Stators oder auch eines Rotors einer elektrischen Maschine. Ein Einsatz der Erfindung ist für jeden Motor mit Luftspaltwicklung, insbesondere speziell für Gebläsemotoren, möglich.
Der Aufbau des Rückschlusses erfolgt aus mehreren Metalllagen 1, um so unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes induktiv erzeugte Wirbelströme, die insbesondere bei Eisenkernen aus Vollmaterial stark auftreten können, zu vermeiden. Die Eisenkerne für elektrische Maschinen werden daher ausschließlich als lamellierte und isolierte Bleche in Paketen ausgeführt. Diese Bleche werden bisher aus einem Blechstreifen gestanzt und einzeln oder als Blechpaket verbunden weiterverarbeitet. Die Wirbelströme werden einerseits durch die Wahl des Metallwerkstoffes und andererseits durch die Isolierung der Metallstreifen zueinander minimiert. Die Verbindung der Bleche zueinander kann durch Backlack, Stanzpaketierpunkte oder durch eine Schweißverbindung hergestellt werden. Der Rückschluss kann daher auch als Rückschlussblech oder Statorblech bezeichnet werden.
Beim Stanzen werden aus einem Blechstreifen einzelne Hohlzylinder ausgestanzt, die der Form von Unterlegscheiben ähneln. Dabei wird ein Blechstreifen mit einer um einige mm größeren Breite als der Außendurchmesser des Fertigteils benötigt. Auch die Länge des benötigten Blechstreifens ist um einige mm größer als der Außendurchmesser des Fertigteils multipliziert mit der Anzahl der benötigten Scheiben.
Eine Beispielrechnung für das Herstellungsverfahren Stanzen ist nachfolgend für einen hohlzylindrisch ausgeführten Rückschluss mit den Abmessungen:
Da = 68 mm,
Di = 64 mm,
Blechdicke s = 0,7 mm,
Gesamtbauteillänge: L = 58,1 mm,
Material: Stahl,
angegeben.
Bei einer Blechdicke von 0,7 mm und einer veranschlagten Gesamtbauteillänge des künftigen Rückschlusses von 58,1 mm ergeben sich 83 Streifen, die ausgestanzt werden müssen. Der hierzu vorgesehene Blechstreifen hat eine Breite von 70 mm und eine Länge von 5,8 m. Mit der Dichte von Stahl und dem entsprechenden Volumen resultiert daraus ein Einsatzgewicht von ca. 2231 Gramm.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dieses Einsatzgewicht drastisch zu reduzieren. Die 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Rückschlusses bzw. Statorblechs während seiner Herstellung. Für die prinzipielle Art der Herstellung des Rückschlusses sind fast alle Eisenmetalle denkbar. Für den vorgesehenen Einsatzzweck als elektromagnetischer Rückschluss ist Stahlblech, vorzugsweise speziell beschichtetes Elektroblech, besonders geeignet.
Wie in der 1 dargestellt, wird erfindungsgemäß ein Flachdraht 2 um einen Hilfskörper 3, der als Dom oder Zylinder ausgebildet ist, gewickelt. Der Flachdraht 2 hat den zusätzlichen Vorteil keinen Stanzgrad, sondern einen Radius zu haben. Dadurch ist er ohne dicke Isolation, eventuell nur Lack, bewickelbar. Es liegt anschließend eine Blechspirale vor, die quasi wie eine Spiralfeder mit quadratischem Querschnitt aussieht. Um den Flachdraht 2 in diese Form zu bringen, wird eine entsprechende Herstellvorrichtung verwendet, die dem Fachmann unter dem Begriff Rollen bekannt ist. Die Herstellvorrichtung ist in 1 mit einem Pfeil 5 angedeutet. Das Ausgangsmaterial für den Flachdraht 2 ist ein Flachmaterial, das einen scharfkantigen, rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt 6 ergibt. Es ist auch möglich, ein flachgedrücktes Rundmaterial für den Flachdraht 2 zu verwenden, wodurch sich kein scharfkantiger Querschnitt, sondern ein abgerundeter Querschnitt, ergibt. Bei dem Rückschluss handelt es sich insbesondere um ungenutetes Statorblech.
Der in 1 gezeigte Flachdraht 2 wird mittels der Herstellvorrichtung Rollen 5 um den Hilfskörper 3 gewickelt, so dass durch Umformen eine Wendel 8 bzw. Helix entsteht. Als Helix wird eine Wendel 8 bzw. eine zylindrische Spirale verstanden, die sich als Kurve, vorzugsweise mit konstanter Steigung, um einen Mantel eines Zylinders bzw. des vorgesehenen Doms 3 schraubenförmig windet. Die Ausrichtung des Flachdrahts 2 während des Wickelvorgangs erfolgt dabei mit seinem rechteckförmigen Querschnitt 6, wie eingezeichnet, hochkant, d. h. stets mit seiner längeren Seite 10 radial nach außen orientiert. Das Aufwickeln erfolgt schraubenförmig in axialer Richtung, wobei in 1 exemplarisch nur einige wenige Gänge dargestellt sind. Prinzipiell möglich ist auch, dass der Flachdraht 2 bzw. Metallstreifen neben dem gezeigten rechteckförmigen auch einen quadratischen Querschnitt 6 aufweist.
In 2, einer perspektivischen Ansicht des erfindungsgemäßen Rückschlusses, in einer endseitig von Hand etwas aufgefächerten Darstellung, ist dieser in seinem fertig gewickelten Zustand ohne den Dom 3 gezeigt. Nach dem Aufwickeln zu einer Wendel 8 bzw. der Herstellung schraubenförmig gepackter bzw. schraubenförmig angeordneter, flacher Metalllagen 1 erfolgt anschließend (nicht dargestellt) eine Verbindung der einzelnen Blechlagen 1 in axialer Richtung zu einem „steifen Gebilde” mittels Aufbringen eines Lacks, insbesondere Backlacks, oder durch eine geeignete Schweißverbindung. Möglich ist auch, die Steifheit der schraubenförmig gepackt vorliegenden Metalllagen 1 durch eine vorgesehene Montage auf einen vorgesehenen, nicht näher dargestellten Träger zu erzielen. Der Rückschluss kann auch als Rückschlussspirale bezeichnet werden.
Eine verfahrensbedingte Besonderheit der einteiligen Spirale 8 liegt darin, dass durch Verdrehung von Anfang gegen Ende, eine leichte Veränderung der Durchmesser über die axiale Ausrichtung möglich ist. So ist es durch einfaches Verdrehen möglich, die Blechspirale 8 bzw. Rückschlussspirale 8 auf einem Träger spielfrei zu befestigen oder über die axiale Länge leicht veränderte Durchmesser zu realisieren. So kann durch leichtes Verdrehen am Anfang und am Ende der Wendel 8 jeweils ein kleinerer Durchmesser erzielt werden, was zu einer leichten Tonnenform führt. Die Verbindung der Bleche 1 in axialer Richtung zu dem „steifen Gebilde” kann dann anschließend direkt bei der Herstellung mittels Backlack, oder durch eine Schweißverbindung, oder bei der Montage auf einem Träger, erfolgen.
Durch entsprechendes Hochkantrollen der Metalllagen 1 ist prinzipiell eine Anpassung an über die Länge veränderbare Durchmesser für das Statorblech möglich, wonach anschließend eine feste Verbindung der Metalllagen 1 in axialer Richtung durchgeführt wird.
Das beschriebene Hochkantrollen des Flachdrahts 2 bzw. des Metallstreifens bietet desto mehr Vorteile gegenüber dem Stanzen je größer die Durchmesser sind und je geringer die Wandstärke zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser ist.
Für das in 2 dargestellte Beispiel:
Da = 68 mm,
Di = 64 mm,
Blechdicke s = 0,7 mm,
Gesamtbauteillänge: L = 58,1 mm,
Material: Stahl,
ergibt sich rechnerisch eine Fertigteilmasse von ca. 190 Gramm. Im Vergleich zum vorherigen Beispiel Stanzen sieht man den Vorteil des Herstellverfahrens Hochkantrollen, nämlich, dass das Materialeinsatzgewicht um den Faktor 12, und zwar 190 Gramm im Vergleich zu 2231 Gramm, geringer ist. Auch die Fertigungszeit ist dabei dem des Stanzens nicht unterlegen.

Claims

Rückschluss, insbesondere ungenutetes Statorblech, aufgebaut aus mehreren flachen Metalllagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) schraubenförmig angeordnet sind.
Rückschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) aus magnetisch leitendem Flachdraht, aus Siliziumstähle oder Nickelstähle, bestehen.
Rückschluss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) voneinander durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen voneinander isoliert sind.
Rückschluss nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) von der Wicklung durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen isoliert sind.
Rückschluss nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschluss einteilig aufgebaut ist.
Statorblech aufgebaut aus mehreren flachen Metalllagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Herstellung der Wickelung der Metalllagen (1) vorgesehener Flachdraht (2) mittels Hochkantrollen in eine schraubenförmige Form (8) gebracht ist.
Statorblech nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) aus magnetisch leitendem Flachdraht, aus Siliziumstähle oder Nickelstähle, bestehen.
Statorblech nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch entsprechendes Hochkantrollen der Metalllagen (1) eine Anpassung an über die Länge veränderbare Durchmesser für das Statorblech ermöglicht wird, wonach eine feste Verbindung der Metalllagen (1) in axialer Richtung durchgeführt wird.
Statorblech nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch entsprechendes Verdrehen der Metalllagen (1) eine Anpassung an über die Länge veränderbare Durchmesser für das Statorblech ermöglicht wird, wonach eine feste Verbindung der Metalllagen (1) in axialer Richtung durchgeführt wird.
Statorblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) voneinander durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen voneinander isoliert sind.
Statorblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllagen (1) von der Wicklung durch Beschichtung, Folie, Lack insbesondere Backlack, oder dergleichen isoliert sind.
Statorblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblech einteilig aufgebaut ist.