DE10131117A1

DE10131117A1 - Vergossenes Sekundärteil für Elektromotoren

Info

Publication number: DE10131117A1
Application number: DE2001131117
Authority: DE
Inventors: Thomas Hoppe; Hermann Sailer
Original assignee: Siemens Linear Motor Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-23
Also published as: WO2003003538A2; EP1400001A2; JP4157030B2; JP2004531197A; CN1535495A; EP1400001B1; WO2003003538A3; CN1309152C

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sekundärteil für einen Motor mit mindestens einem Trägerelement (10) und mehreren Permanentmagneten (12) und einem Vergußkörper aus Kunststoff, in dem die Permanentmagnete vergossen sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Vergußkörper aus thermoplastischem Kunststoff zu bilden. DOLLAR A Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Vergußkörper in einem Formwerkzeug (110, 130) einer Spritzgießmaschine hergestellt. DOLLAR A Zur Fixierung der Permanentmagnete (12) auf dem Trägerelement (10) sind in dem Formwerkzeug (130) Positionierelemente (140) vorgesehen, die nach einer ersten Auffüllphase aus der Kavität des Formwerkzeugs zurückgezogen werden, wobei in einer zweiten Auffüllphase die so entstehenden Leerräume aufgefüllt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein vergossenes Sekundärteil für Elektromotoren, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Sekundärteile für elektrische Synchronmotoren, die als Rotations- oder Linearmotoren ausgebildet sein können, weisen in der Regel auf einem Trägerelement aus magnetisierbarem Material und mehrere Permanentmagnete auf, die im Betrieb mit einem elektrisch gespeisten Primärteil zusammenwirken. Zum Schutz gegen Beschädigungen und Korrosion werden die Permanentmagnete in einen Vergußkörper aus beispielsweise Polyurethan oder Epoxyharz eingebettet (DE-A-199 36 064).
Bei dem bekannten Verfahren wird das mit Permanentmagneten bestückte Trägerelement in eine Form eingebracht, die anschließend mit Polyurethan oder Epoxyharz ausgegossen wird, gegebenenfalls bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur, um vollständiges Eindringen der Vergußmasse in alle Hohlräume zu gewährleisten. Um ferner sicherzustellen, daß bei der unvermeidlichen Schrumpfung des Vergußkörpers bei der Aushärt- oder Reaktionszeit keine Risse im Material entstehen, wird gemäß der DE-A-199 36 064 vorgeschlagen, die später dem Primärteil zugewandten Flächen der Permanentmagnete vor dem Vergießen mit einem Faservlies zu bedecken.
Zwar können mit dem bekannten Verfahren zufriedenstellende Produktergebnisse erzielt werden, andererseits steigen die Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Vergußkörpers. Darüberhinaus ergeben sich wegen der unvermeidbaren Aushärt- oder Reaktionszeiten der Vergußmasse entweder relativ lange Taktzeiten bzw. müssen mehrere Formen gleichzeitig in der Produktion verwendet werden.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärteil für Elektromotoren anzugeben, das in kurzen Taktzeiten herstellbar ist und sich durch Maßhaltigkeit des Vergußkörpers auszeichnet. Desweiteren soll ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sekundärteils angegeben werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Sekundärteil gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8; die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß trotz der hohen Temperaturen beim Einspritzen thermoplastischer Kunststoffe (200° und mehr), die über den Curie-Punkten mancher Ferromagnetika liegen, keine wesentliche Beeinträchtigung der Magnetisierung der Permanentmagnete im fertigen Sekundärteil feststellbar ist; dies widerlegt ein in Fachkreisen verbreitetes Vorurteil.
Bei der Herstellung von Sekundärteilen mit Vergußkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen können alle Vorteile der auf anderen Gebieten bewährten Spritzgießtechnik ausgenutzt werden. So sind kurze Taktzeiten möglich, da keine Reaktions- oder Aushärtezeiten abzuwarten sind, wobei nur ein Werkzeug (Vergußform) nötig ist. Durch eine Nachdruckregelung kann einer Schrumpfung des Vergußkörpers entgegengewirkt werden, so daß die fertigen Sekundärteile eine ausgezeichnete Maßhaltigkeit aufweisen, das heißt geringe Variationen in den Abmessungen.
Die Entsorgung der Sekundärteile am Ende der Standzeit gestaltet sich einfacher, weil thermoplastische Kunststoffe oder monomere Materialien im Gegensatz zu PUR- oder Epoxyharzen einfach recycliert werden können. Desweiteren sind thermoplastische Kunststoffe kostengünstiger als PUR- Vergußmassen.
Vorteilhafterweise werden die erfindungsgemäßen Sekundärteile in einer an sich bekannten Spritzgießvorrichtung mit einem Formwerkzeug und einer Spritzgießeinheit hergestellt. Dabei werden vorzugsweise die Permanentmagnete auf dem Trägerelement vormontiert, und anschließend wird das Trägerelement mit den Permanentmagneten in den Formhohlraum des Formwerkzeuges eingebracht, und der Vergußkörper wird gegossen. Alternativ können auch nur die Permanentmagnete in dem Formhohlraum positioniert und in den Vergußkörper eingebettet werden. Der so gebildete Vergußkörper kann anschließend auf ein geeignetes Trägerelement aufgebracht werden.
Grundsätzlich ist es möglich magnetische Materialien für das Formwerkzeug zu verwenden, wenn auch nichtmagnetische Materialien (keramische Materialien, Edelstahl, etc.) wegen der leichteren Handhabbarkeit im Produktionsprozeß vorzuziehen sind.
Um ein Verschieben der Permanentmagnete aufgrund von Magnetkräften und aufgrund von Strömungskräften während des Einspritzvorgangs zu verhindern, sind vorzugsweise Positionierelemente im Formwerkzeug vorgesehen, die zu Beginn des Einspritzens die Magnete in Position halten und später, beispielsweise während der Nachdruckphase, aus dem Formhohlraum zurückgezogen werden können, damit in dieser Phase die entstehenden Resthohlräume aufgefüllt werden können.
Die Handhabung der Sekundärteile, der Trägerelemente mit Permanentmagneten und/oder der Permanentmagnete erfolgt vorzugsweise über schaltbare und/oder umpolbare Elektromagnete.
Lunkerfreie und gleichzeitig dünne Oberflächen können durch Einsatz einer Prägefunktion von Spritzgießmaschinen gewährleistet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 dargestellt, die ein Formwerkzeug bei verschiedenen Schritten zur Herstellung eines Sekundärteils für einen Linearmotor in schematischer Seitenansicht darstellen.
Gemäß Fig. 1 trägt eine bewegliche Formaufspannplatte 100 eine erste Formhälfte 110, und auf einer festen Formaufspannplatte 120 ist eine zweite Formhälfte 130 montiert. In der feststehenden Aufspannplatte 120 ist ein Düsenkanal 125 ausgebildet, der in einen Angußkanal 135 in der zweiten Formhälfte 130 mündet. Der Angußkanal 135 seinerseits mündet in eine Kavität 150 in der zweiten Formhälfte 130. Die zweite Formhälfte 130 trägt desweiteren Positionierstifte 140, die in die Kavität 150 hineinbewegt bzw. aus ihr herausbewegt werden können.
Die erste Formhälfte 110 umfaßt eine Ausnehmung 160 zur Aufnahme eines Trägerelementes 10. Dieses Trägerelement 10 ist eine an sich bekannte Trägerplatte aus magnetisierbarem Material, auf der quaderförmige Magnetelemente 12 linear mit Zwischenräumen 14 in an sich bekannter Weise angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Permanentmagnete durch Klebung od. dgl. vorfixiert.
Nachdem die Trägerplatte 10 mit den darauf angeordneten Permanentmagneten 12 in die Ausnehmung 160 eingebracht wurde, beispielsweise mittels eines Handhabungsgerätes mit Elektromagneten, wird das Formwerkzeug geschlossen, wie durch die Pfeile P₀ in Fig. 1 angedeutet ist. Dabei werden die Positionierelemente 140, die vorzugsweise runde oder quadratische Querschnitte aufweisen, in die in Fig. 2 dargestellte Positionen verschoben, in denen die Enden der Positionierstifte in die Zwischenräume 14 zwischen den Permanentmagneten bzw. seitliche des ersten und letzten Magneten der Reihe angeordnet sind und auf dem Trägerelement 10 aufliegen.
In den Figuren ist jeweils nur eine Ebene von Positionierelementen 140 dargestellt; um ein Verkippen der Permanentmagneten 12 gegeneinander zu verhindern, sind entlang der Längserstreckung der Permanentmagneten 12 (normal zur Zeichnungsebene) weitere Positionierstifte vorgesehen. Desweiteren können an den jeweiligen Stirnseiten der Permanentmagnete 12 Positionierstifte vorgesehen sein, die ein Verschieben der Magnete in Längsrichtung verhindern.
Neben der Aufgabe, die Permanentmagnete zu fixieren, bewirken die Positionierelemente 140 ferner, daß das Trägerelement 10 in die Ausnehmung 180 der Formhälfte 110 gepreßt wird.
Dadurch wird das Trägerelement 10 in Position gehalten, und es kann verhindert werden, daß (bei Verwendung magnetischer Materialien für die Formhälfte 130) das Trägerelement 10 mit den Permanentmagneten 12 zu dieser Formhälfte "überschnappt".
Nach vollständigem Verschließen des Formwerkzeugs wird über eine Einspritzdüse (nicht dargestellt) einer Spritzgießmaschine Thermoplastkunststoff über den Düsenkanal 125 und den Einspritzkanal 135 in die Kavität 150 eingespritzt, wie durch den Pfeil P₁ angedeutet ist, und verteilt sich über den Oberflächen der Permanentmagnete 12 (P₂) sowie im Bereich der Zwischenräume 14 zwischen den Positionierstiften 140 bzw. Permanentmagneten.
Nachdem die Kavität 150 und damit auch die Zwischenräume, die von den Seiten der Permanentmagnete und den Positionierstiften 140 begrenzt werden, mit Kunststoffmaterial gefüllt sind, werden die Positionierstifte 140 aus der Kavität zurückgezogen (P₃ in Fig. 3), und in einer Nachdruckphase werden die so entstehenden Resthohlräume aufgefüllt (Fig. 4).
Anschließend wird die Form geöffnet, das fertige Sekundärteil mit ausgebildetem Vergußkörper 160 wird entnommen, vorzugsweise mit einem Handhabungsgerät mit schaltbaren Elektromotoren, und der Zyklus kann erneut beginnen.
Vorstehend wurde die Herstellung eines Sekundärteils für einen Linearmotor dargestellt; grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Verfahrensweise auch zur Herstellung von Sekundärteilen für Rotationsmotoren anwendbar.

Claims

1. Sekundärteil für einen Motor mit mindestens einem Trägerelement (10), mehreren Permanentmagneten (12) und einem Vergußkörper (160) aus Kunststoff, in dem mindestens die Permanentmagnete vergossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergußkörper aus thermoplastischem Kunststoff ausgebildet ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Vergußkörpers (160) eines Sekundärteils für einen Motor mit den Schritten:
Positionieren von Permanentmagneten (12) in dem Formhohlraum (150) eines Spritzgießwerkzeugs (110, 130) und Auffüllen des Formhohlraums mittels einer Spritzgießeinheit.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formhohlraum (150) mit thermoplastischem Kunststoff auffüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Permanentmagnete (12) auf einem Trägerelement (10) anordnet und dann den Vergußkörper (160) an dem Trägerelement (10) anspritzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Formhohlraum bewegbare Positionierelemente (140) zwischen den Permanentmagneten anordnet, wobei man nach dem Auffüllen des Formhohlraums die Positionierelemente (140) aus dem Formhohlraum (150) entfernt und die dadurch entstehenden Leerstellen durch einen Nachfüllvorgang auffüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfüllvorgang die Nachdruckphase des Spritzgießvorgangs umfaßt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ende des Auffüllens oder danach einen Prägevorgang durchführt.

8. Vorrichtung zum Herstellen von Sekundärteilen für Motoren, wobei in den Sekundärteilen Permanentmagnete (12) in einem Vergußkörper (160) eingebettet sind, mit mindestens zwei Formhälften (110, 130), die eine verschließbare Kavität bilden, wobei mindestens eine der Formhälften (130) Positionierelemente (140) trägt, wobei die Positionierelemente zwischen einer ersten Position, in der sie in die Kavität ragen und zur Fixierung der Permanentmagnete (12) dienen, und einer zweiten Position verschiebbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften nichtmagnetische Materialien aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierelemente (140) nichtmagnetische Materialien aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Spritzgießeinheit verbunden ist.

12. Verwendung einer Spritzgießmaschine mit Formeinheit und Spritzgießeinheit zur Herstellung eines Sekundärteils nach Anspruch 1.