DE102014019217A1

DE102014019217A1 - Verfahren zum Stanzpaketieren eines Blechpakets

Info

Publication number: DE102014019217A1
Application number: DE102014019217.2A
Authority: DE
Inventors: Torben Schulze; Thomas Albrecht
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzpaketieren wenigstens eines Blechpakets (10) für einen Rotor (20) einer elektrische Maschine, bei welchem jeweilige Blechsegmente (12) mittels eines Stanzwerkzeugs mit wenigstens einer Magnetaufnahme (14) für wenigstens einen Magneten (24) der elektrischen Maschine versehen, in axialer Richtung des Blechpakets (10) aufeinander folgend zu dem Blechpaket (10) gestapelt und miteinander verbunden werden, wobei nach dem Versehen eines ersten der Blechsegmente mit der Magnetaufnahme (14) eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug durchgeführt wird, sodass durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen (14) der Blechsegmente (12) eine Magnettasche (18) für den Magneten (24) gebildet wird, welche entlang einer Helix in sich tordiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzpaketieren wenigstens eines Blechpakets für einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und einen Rotor gemäß Patentanspruch 9.
Ein solches Verfahren zum Stanzpaketieren wenigstens eines Blechpakets für einen Rotor einer elektrischen Maschine ist beispielsweise der DE 36 40 447 C1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren werden jeweilige mit wenigstens einer Aufnahme für wenigstens einen Magneten der elektrischen Maschine Blechsegmente mittels eines Stanzwerkzeugs versehen. Das jeweilige Blechsegment wird beispielsweise mittels des Stanzwerkzeugs aus einem Ausgangswerkstück, insbesondere einer Platine oder einem Endlosmaterial, insbesondere einem Blechband, ausgestanzt. Des Weiteren werden die Blechsegmente in axialer Richtung des Blechpakets, welche mit der axialen Richtung des Rotors zusammenfällt, aufeinanderfolgend zu dem Blechpaket gestapelt. Ferner werden die gestapelten, das heißt in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordneten Blechsegmente beim Stanzpaketieren, insbesondere mittels des Stanzwerkzeugs, miteinander verbunden. Hierbei werden die Blechsegmente mittels des Stanzwerkzeugs beispielsweise mit Stanzmarken beziehungsweise Stanzprägungen versehen, durch welche die Blechsegmente, welche jeweilige, in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnete Blechlagen darstellen, aneinander fixiert werden.
Das genannte Stanzwerkzeug ist beispielsweise eine Stanzmaschine, mittels welcher das Stanzpaketieren, in dessen Rahmen die Blechsegmente gestanzt, aufeinandergestapelt und miteinander verbunden werden, durchgeführt wird. Das Stanzwerkzeug beziehungsweise die Stanzmaschine kann dabei eine Vielzahl von Unterwerkzeugen zum Fördern des Ausgangswerkstücks, zum Stanzen sowie zum Versehen der Blechsegmente mit den Stanzmarken umfassen. Der Rotor kann eine Mehrzahl von Blechpaketen umfassen, welche durch Stanzpaketieren hergestellt sind. Die jeweiligen Blechpakete stellen somit Segmente des Rotors, das heißt Rotorsegmente, dar, welche beispielsweise auf einer Welle des Rotors angeordnet werden, wobei die einzelnen Blechpakete in axialer Richtung der Welle aufeinanderfolgend angeordnet werden.
Bei dem Ausgangswerkstück handelt es sich beispielsweise um sogenanntes Elektroblech, aus welchem die Blechsegmente im Rahmen des Stanzpaketierverfahrens ausgestanzt werden. Vorteil des Stanzpaketierens beziehungsweise Stanzpaketierverfahrens ist, dass die Blechsegmente während des Stanzens beziehungsweise Scherschneidens miteinander verbunden werden.
Üblicherweise werden beim Stanzpaketieren die Blechsegmente in gleicher Orientierung aufeinandergestapelt, sodass die aufeinandergestapelten Magnetaufnahmen eine Magnettasche mit einer zumindest im Wesentlichen linearen Erstreckung bilden, welche parallel zur axialen Richtung des Rotors verläuft. In dieser Magnettasche kann dann der Magnet zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend angeordnet werden, sodass der beispielsweise als Permanentmagnet ausgebildete Magnet sicher am Rotor gehalten werden kann.
Die EP 1 684 400 B1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Rotor und mit wenigstens einem Blechpaket, welches eine sogenannte Schrägung aufweist. Hierbei sind die Blechsegmente in ihrer Umfangsrichtung zueinander verdreht angeordnet, sodass sich eine Schrägung der einzelnen Magnetaufnahmen und somit der Magnettasche insgesamt ergibt. Somit verläuft die Magnettasche nicht mehr parallel zur axialen Richtung beziehungsweise Drehachse des Rotors.
Die DE 10 2008 038 726 B3 offenbart einen Rotorkörper eines Rotors einer elektrischen Maschine, wobei der Rotorkörper aus einzelnen Blechen gestapelt ist und eine polygonale Mittelöffnung aufweist, in welcher eine Welle des Rotors einführbar ist. Über diese polygonale Mittelöffnung kann die Welle mit dem Rotorkörper verbunden werden.
Schließlich offenbart die DE 10 2012 022 084 A1 eine Rotoranordnung für eine elektrische Maschine, umfassend ein oder mehrere aus Blechen gestapelte Blechpakete, die in einer bezüglich einer Rotationsachse der Rotoranordnung axialen Richtung aneinandergereiht sind, wobei die Blechpakete an axialen Stirnflächen Positioniermittel aufweisen zum gegeneinander um wenigstens einen vorgebbaren Schrägungswinkel um die Rotationsachse verdreht positionierten Aneinanderreihen und Zusammenfügen je zweier axial benachbarter Blechpakete.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art und einen Rotor zu schaffen, mittels welchem eine besonders hohe Leistungsfähigkeit sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine auf einfache Weise realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Rotor gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders hohe Leistungsfähigkeit sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine auf besonders einfache Weise realisieren lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach dem Versehen eines ersten der Blechsegmente mit der Magnetaufnahme eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment, auf welches wenigstens ein zweites der Blechsegmente gestapelt wird, und dem Stanzwerkzeug durchgeführt wird, sodass durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen der Blechsegmente eine Magnettasche für den Magneten gebildet wird, welche entlang einer Helix in sich tordiert ist.
Eine solche Helix wird auch als Schraube, Schraubenlinie, zylindrische Spirale oder Wendel bezeichnet und ist eine Kurve, die sich mit zumindest im Wesentlichen konstanter Steigung um einen gedachten Mantel eines Kreiszylinders windet. Durch die genannte Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug ist es möglich, das zweite der Blechsegmente beziehungsweise weitere der Blechsegmente auf das erste Blechsegment derart aufzustapeln, dass die Magnettasche und somit das Blechpaket in sich eine solche Schrägung aufweisen, dass die durch die einzelnen Magnetaufnahmen gebildete Magnettasche dem Verlauf einer Helix folgt beziehungsweise helixförmig ausgebildet ist. Die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen sind beispielsweise in einem Winkelbereich von einer Statornutteilung zueinander verdreht, um dadurch die Magnettasche entlang einer Helix zu generieren. Hierdurch kann eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine realisiert werden. Ferner ist ein besonders vorteilhafter Gleichlauf darstellbar, sodass Drehmomentschwankungen der elektrischen Maschine vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die beschriebene Schrägung des Blechpakets beziehungsweise der Magnettasche entlang der Helix die Realisierung eines besonders vorteilhaften Geräuschverhaltens ermöglicht, wobei das Geräuschverhalten auch als NVH-Verhalten bezeichnet wird (NVH – Noise Vibration Harshness).
Dabei ist es insbesondere möglich, die Leistungsfähigkeit, den Gleichlauf und das Geräuschverhalten von permanenterregten Maschinen, insbesondere permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PSM), gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern. Beispielsweise ist es möglich, die Blechsegmente, welche jeweilige Blechlagen darstellen, beziehungsweise ihre jeweiligen Magnetaufnahmen entsprechend der Polpaarzahl oder entsprechend eines ganzzahligen Teilers des Gesamtwinkels davon zueinander zu verdrehen, um beispielsweise walzrichtungsabhängige Materialeigenschaften global zu homogenisieren. Ferner ist es möglich, die axial aufeinanderfolgenden, das heißt benachbarten Blechsegmente, welche beispielsweise aus Elektroblech hergestellt und insbesondere ausgestanzt werden, um einen sehr geringen Winkel zueinander zu verdrehen, der kleiner als eine Starternutteilung ist.
Insgesamt kann eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche Schrägung des Blechpakets realisiert werden, welche dem Verlauf der Helix folgt. Die genannten Vorteile hinsichtlich der Realisierung einer hohen Leistungsfähigkeit, eines vorteilhaften Gleichlaufs und eines vorteilhaften Geräuschverhaltens lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf besonders einfache und insbesondere kostengünstige Weise erreichen, da sie mit den Vorteilen des Stanzpaketierverfahrens beziehungsweise des Stanzpaketierens verknüpft werden können. Dabei ermöglicht das Stanzpaketierverfahren die Realisierung einer besonders zeit- und kostengünstigen Herstellung, da die Blechsegmente im Rahmen des Stanzpaketierens aus einem Ausgangswerkstück ausgestanzt und beispielsweise während des Ausstanzens mit Stanzmarken versehen werden können, durch welche die Blechsegmente miteinander verbunden werden. Bei dem Ausgangswerkstück handelt es sich beispielsweise um eine Blechplatine oder ein Endlosmaterial, insbesondere ein Blechband, welches aus Elektroblech gebildet ist. Dadurch werden die Blechsegmente aus Elektroblech hergestellt.
Die Magnettasche dient dazu, wenigstens einen Magneten, insbesondere Permanentmagneten, der elektrischen Maschine zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend oder vollständig aufzunehmen. Ferner kann vorgesehen sein, eine Mehrzahl von Magneten in der Magnettasche zumindest teilweise anzuordnen, wobei denkbar ist, dass wenigstens zwei, drei oder eine noch größere Anzahl an Magneten jeweils zumindest teilweise in der Magnettasche angeordnet werden. Hierzu wird der jeweilige Magnet beispielsweise in axialer Richtung des Blechpakets in die korrespondierende Magnettasche eingeführt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das mit der Magnetaufnahme versehene erste Blechsegment relativ zum Stanzwerkzeug gedreht, während zumindest eine rotatorische Bewegung des Stanzwerkzeugs unterbleibt. Beispielsweise wird die Magnetaufnahme mittels wenigstens eines Stanzkopfes des Stanzwerkzeugs durch Stanzen hergestellt. Wird nach dem Stanzen der Magnetaufnahme des ersten Blechsegments dieses relativ zu dem Stanzkopf gedreht, wobei eine Drehung des Stanzkopfes unterbleibt, und wird dann mittels des Stanzkopfes die Magnetaufnahme des auf das erste Blechsegment zu stapelnden zweiten Blechsegment mittels des Stanzkopfes gestanzt, woraufhin das zweite Blechsegment auf das erste Blechsegment gestapelt wird, so ist die Magnetaufnahme des zweiten Blechsegments zur Magnetaufnahme des ersten Blechsegments verdreht. Wird dieser Vorgang bei allen Blechsegmenten des Blechpakets wiederholt, so wird sukzessive durch die Magnetaufnahme die Magnettasche gebildet, welche entlang der Helix in sich tordiert ist. Dabei sind die Blechsegmente des Blechpakets entlang der Helix zueinander verdreht, sodass das Blechpaket insgesamt entlang der Helix in sich tordiert beziehungsweise verdreht ist. Das erste Blechsegment wird beispielsweise mittels einer Aufnahme gedreht, in welcher das erste Blechsegment insbesondere nach dessen Trennen vom Ausgangswerkstück zumindest teilweise aufgenommen wird. Hierbei kann eine Drehung des Stanzkopfes unterbleiben, sodass das Verfahren besonders einfach durchführbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass das Stanzwerkzeug beziehungsweise der Stanzkopf relativ zum mit der Magnetaufnahme versehenen ersten Blechsegment gedreht wird, während zumindest eine rotatorische Bewegung des mit der Magnetaufnahme versehenen ersten Blechsegments unterbleibt. Hierbei kann beispielsweise die zuvor genannte Aufnahme zumindest hinsichtlich einer rotatorischen Bewegung stationär oder ortsfest bleiben, da das Stanzwerkzeug beziehungsweise der Stanzkopf gedreht wird. Hierbei wird der Stanzkopf gedreht, bevor das zweite Blechsegment mittels des Stanzkopfes mit der Magnetaufnahme versehen wird. Dadurch ist die Magnetaufnahme des zweiten Blechsegments zur Magnetaufnahme des ersten Blechsegments verdreht, sodass sich die Magnettasche – wenn die Blechsegmente aufeinandergestapelt sind – helixförmig erstreckt. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, den Stanzkopf von Lage zu Lage um einen vorgebbaren und insbesondere kleinen Winkel zu drehen, wobei das bereits hergestellte erste Blechsegment beziehungsweise die bereits hergestellten, aufeinandergestapelten Blechsegmente rotationsfest bleiben. Alternativ dazu ist es denkbar, das bereits hergestellte erste Blechsegment beziehungsweise bereits hergestellte und aufeinandergestapelte Blechsegmente von Blechlage zu Blechlage um einen vorgebbaren und insbesondere kleinen Winkel zu drehen, wobei der Stanzkopf rotationsfest bleibt.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die jeweiligen Blechsegmente mittels des Stanzwerkzeugs mit einer von der Magnetaufnahme unterschiedlichen Lageraufnahme für eine Welle des Rotors versehen werden. Hierdurch ist es auf zeit- und kostengünstige Weise möglich, die Blechsegmente auch mit der Lageraufnahme auszustatten, über welche die Blechsegmente beziehungsweise das Blechpaket insgesamt mit der Welle des Rotors drehfest verbunden werden können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Lageraufnahmen des Blechpakets eine Lagertasche für die Welle gebildet wird, wobei die Lagertasche entlang einer Helix in sich tordiert ist. Es hat sich gezeigt, dass durch eine helixförmige beziehungsweise schraubenlinienförmige Tordierung auch der Lagertasche eine besonders vorteilhafte Leistungsfähigkeit, ein vorteilhaftes Geräuschverhalten sowie ein vorteilhafter Gleichlauf der elektrischen Maschine realisiert werden können.
Um das Verfahren besonders zeit- und kostengünstig durchführen zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Helix der Lagertasche und die Helix der Magnettasche sind gleich ausgebildet. Dadurch ist es durch die jeweilige Relativdrehung möglich, sowohl die jeweilige Magnetaufnahme als auch gleichsam die jeweilige Lageraufnahme herzustellen, sodass sich infolge des Aufeinanderstapelns der Blechsegmente nicht nur die Magnettasche, sondern gleichsam auch die Lagertasche helixförmig erstreckt. Dies bedeutet, dass auch eine Schrägung bezüglich der Lageraufnahmen vorgesehen ist, wobei diese Schrägung helixförmig verläuft.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweilige Lageraufnahme mit einer Innenkontur mit einer von einem Kreis unterschiedlichen Form ausgestanzt wird. Somit weist die Lagertasche insgesamt eine Innenkontur auf, welche eine Form aufweist, die von einem Kreis unterschiedlich ist. Die Innenkontur kann dabei als Polygon oder Unrund ausgebildet sein, sodass das Blechpaket über die Lagertasche auf besonders vorteilhafte Weise drehfest mit der Welle des Rotors verbunden werden kann. Dabei weist die Welle zumindest in einem Längenbereich, in welchem das Blechpaket auf der Welle angeordnet wird beziehungsweise welcher in der Lagertasche angeordnet ist, eine mit der Innenkontur korrespondierende Außenkontur auf, welche demzufolge ebenfalls als Polygon oder Unrund ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, auch bei Wärmeausdehnungen eine Kraft- beziehungsweise Drehmomentenübertragung zwischen dem Blechpaket und der Welle zu sichern. Ferner ist es dadurch möglich, eine vorgebbare Winkellage des Blechpakets zur Welle bei einer Montage präzise einzustellen.
Werden auf der Welle beispielsweise wenigstens zwei Blechpakete in axialer Richtung der Welle aufeinanderfolgend angeordnet, so ist es durch die jeweilige Innenkontur der jeweiligen Lagertasche möglich, eine gewünschte beziehungsweise vorgebbare Winkellage der Blechpakete zueinander bei der Montage auf einfache Weise und präzise einzustellen, wodurch sich vorteilhafte Eigenschaften der elektrischen Maschine realisieren lassen.
Da die Außenkontur der Welle eine Gegenform zur Innenkontur der jeweiligen Lagertasche darstellt, ist entsprechend auch die Außenkontur in sich verdreht beziehungsweise tordiert und demzufolge helixförmig oder helixartig ausgeführt.
Um eine besonders feste Verbindung zwischen dem jeweiligen Blechpaket und der Welle zu realisieren, kann ferner vorgesehen sein, dass das Blechpaket mittels eines Presssitzes mit der Welle verbunden ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Rotor für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket, welches mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rotors anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Draufsicht eines Blechpakets für einen Rotor einer elektrischen Maschine, wobei das Blechpaket durch Stanzpaketieren hergestellt ist, bei welchem jeweilige Blechsegmente mittels eines Stanzwerkzeugs mit wenigstens einer Magnetaufnahme für wenigstens einen Magneten der elektrischen Maschine versehen, in axialer Richtung des Blechpakets aufeinanderfolgend zu dem Blechpaket gestapelt und miteinander verbunden werden, wobei nach dem Versehen eines ersten der Blechsegmente mit der Magnetaufnahme eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug durchgeführt wird, sodass durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen der Blechsegmente eine Magnettasche für den Magneten gebildet wird, welche entlang einer Helix in sich tordiert ist und wobei anhand von 1 eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Stanzpaketieren beschrieben ist;
2 eine weitere schematische Draufsicht des Blechpakets, welches durch das Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform hergestellt ist;
3 eine weitere schematische Draufsicht des Blechpakets, welches mit einer Welle des Rotors verbunden ist;
4 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht des Blechpakets gemäß 3;
5 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht des Blechpakets;
6 eine schematische Perspektivansicht des als Permanentmagnet ausgebildeten Magneten;
7 eine schematische und perspektivische Seitenansicht der Welle des Rotors;
8 eine schematische Draufsicht der Welle;
9 eine schematische Querschnittsansicht der Welle;
10 eine schematische Darstellung möglicher Magnetpositionen verschiedener Rotoren anhand unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen bestückter Blechpakete;
11 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der Welle, auf welcher ein Blechpaket angeordnet ist;
12 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der Welle mit Blechpaketen;
13 eine schematische Perspektivansicht des Rotors, insbesondere der Magnete des Rotors, ohne Blechpaket;
14 eine schematische Perspektivansicht eines Kontaktierungselements zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Maschine;
15 eine schematische Längsschnittansicht des Kontaktierungselements gemäß 14;
16 eine schematische und perspektivische Draufsicht des Kontaktierungselements;
17 eine weitere schematische Perspektivansicht eines Rotors eines unterschiedlichen Ausführungsbeispiels zu 13, insbesondere der Magnete des Rotors, ohne Blechpaket; und
18 eine schematische Vorderansicht der Welle des Rotors.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Blechpaket für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer permanentmagneterregten Synchronmaschine. Wie noch im Folgenden erläutert wird, wird das Blechpaket 10 durch Stanzpaketieren hergestellt, wobei anhand von 1 ein Verfahren zum Stanzpaketieren gemäß einer ersten Ausführungsform erläutert wird. Das Blechpaket 10 umfasst eine Mehrzahl von Blechsegmenten, die in axialer Richtung des Blechpakets 10 aufeinandergestapelt werden. Die axiale Richtung des Blechpakets 10 fällt dabei – im fertig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine – mit der axialen Richtung des Rotors zusammen. Bei dem Stanzpaketieren werden die jeweiligen Blechsegmente, von denen in 1 das mit 12 bezeichnete, oberste und somit letzte Blechsegment erkennbar ist, mittels eines Stanzwerkzeugs mit jeweiligen Magnetaufnahmen 14 für wenigstens einen Magneten 24 insbesondere in Form eines Permanentmagneten versehen. Dies bedeutet, dass die jeweiligen Magnetaufnahmen 14 im Rahmen des Stanzpaktierens ausgestanzt werden, wobei hierzu beispielsweise ein Stanzkopf des Stanzwerkzeugs zum Einsatz kommt. Die Blechsegmente werden in axialer Richtung des Blechpakets 10 im Rahmen des Stanzpaketierens aufeinanderfolgend zu dem Blechpaket 10 gestapelt und während des Stanzens, das heißt während wenigstens eines Stanzvorgangs, miteinander verbunden. Hierzu werden die Blechsegmente – wie in 1 anhand des Blechsegments 12 erkennbar ist – mit Stanzmarken 16 versehen, welche beispielsweise als Stanzprägungen ausgebildet sind, die während des genannten Stanzvorgangs hergestellt werden. Durch die Stanzmarken 16 werden die Blechsegmente miteinander verbunden.
Die jeweiligen Blechsegmente werden aus einem Ausgangswerkstück in Form eines Endlosmaterials ausgestanzt, wobei das Endlosmaterial ein Blechband aus Elektroblech ist. Das Blechband wird dem Stanzwerkzeug, welches beispielsweise als Stanzmaschine ausgebildet ist, zugeführt, woraufhin mittels des Stanzwerkzeugs beziehungsweise der Stanzmaschine wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Stanzschritte zum Herstellen des jeweiligen Blechsegments durchgeführt werden. Bei einem ersten der Stanzschritte werden beispielsweise mittels eines ersten Stanzkopfes des Stanzwerkzeugs die jeweiligen Magnetaufnahmen 14 des jeweiligen Blechsegments ausgestanzt. Aus 1 ist erkennbar, dass die jeweilige Magnetaufnahme 14 als Loch in Form einer Durchgangsöffnung ausgebildet ist, welche das jeweilige Blechsegment vollständig durchdringt.
Bei dem zweiten Stanzschritt, welcher beispielsweise der finale beziehungsweise letzte, von der Stanzmaschine durchzuführende Stanzschritt ist, wird das jeweilige Blechsegment von dem Blechband getrennt, indem das jeweilige Blechsegment aus dem Blechband ausgestanzt wird. Dies bedeutet, dass das jeweilige Blechsegment im Rahmen des ersten Stanzschritts mit den jeweiligen Magnetaufnahmen 14 durch Stanzen versehen wird und erst in dem sich an den ersten Stanzschritt anschließenden, zweiten Stanzschritt vom Blechband getrennt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass vor dem ersten Stanzschritt und/oder zwischen dem ersten Stanzschritt und dem zweiten beziehungsweise letzten Stanzschritt wenigstens ein weiterer oder mehrere weitere Stanzschritte durchgeführt werden, in deren Rahmen das jeweilige Blechsegment mittels des Stanzwerkzeugs gestanzt wird.
Hierbei können auch bei den weiteren Stanzschritten jeweilige Stanzköpfe zum Stanzen des jeweiligen Blechsegments zum Einsatz kommen. Der zuvor genannte erste Stanzkopf wird beim ersten Stanzschritt zum Herstellen wenigstens einer der Magnetaufnahmen 14 verwendet. Beispielsweise kann beim zweiten beziehungsweise letzten Stanzschritt ein zweiter Stanzkopf zum Einsatz kommen, mittels welchem das jeweilige Blechsegment vom Blechband getrennt beziehungsweise ausgestanzt wird. Der zweite beziehungsweise letzte Stanzschritt beziehungsweise der zweite Stanzkopf dient auch zum Herstellen der Stanzmarken 16, sodass beispielsweise das Blechsegment 12 mittels des zweiten Stanzkopfes ausgestanzt und währenddessen mit den Stanzmarken 16 versehen wird, sodass das Blechsegment 12 während des zweiten Stanzschritts mit dem direkt unterhalb des Blechsegments 12 angeordneten Blechsegment mittels der Stanzmarken 16 verbunden wird. Das untere Blechsegment ist in 1 nicht erkennbar, da das untere Blechsegment in axialer Richtung des Blechpakets direkt unter dem Blechsegment 12 angeordnet ist. Das untere Blechsegment wird dabei als erstes Blechsegment bezeichnet, da das erste Blechsegment zeitlich vor dem Blechsegment 12 mit den Magnetaufnahmen 14 versehen und aus dem Blechband ausgestanzt wird.
Daher wird das Blechsegment 12 als zweites Blechsegment bezeichnet, welches auf das erste Blechsegment gestapelt und im Rahmen des zweiten Stanzschritts aus dem Blechband ausgestanzt und währenddessen mittels des zweiten Stanzkopfes auf das erste Blechsegment aufgestanzt wird, wobei das zweite Blechsegment 12 beim zweiten Stanzschritt mit den Stanzmarken 16 versehen und dadurch mit dem ersten Blechsegment verbunden wird. Dabei liegt das zweite Blechsegment 12 auf dem ersten Blechsegment auf, sodass die jeweiligen Blechsegmente des Blechpakets 10 jeweilige Blechlagen des Blechpakets 10 darstellen. Die genannten Stanzschritte werden für jede der Blechlagen durchgeführt.
Nach dem Ausstanzen des jeweiligen Blechsegments aus dem Blechband wird das jeweilige Blechsegment beispielsweise in einer in 1 nicht dargestellten Aufnahme zumindest teilweise aufgenommen. Somit werden die Blechsegmente im Rahmen des Stanzpaketierens sukzessive in der Aufnahme unter Ausbildung des Blechpakets 10 aufgenommen und miteinander durch die jeweiligen Stanzmarken 16 verbunden. Ist das Blechpaket 10 fertig hergestellt, so kann das Blechpaket 10 beispielsweise aus der Aufnahme entnommen werden, wobei die Aufnahme auch als Kavität bezeichnet wird. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass im zweiten Stanzschritt keine Magnetaufnahmen hergestellt werden, sodass die Magnetaufnahmen 14 in dem zweiten Stanzschritt vorgelagerten Stanzschritten, beispielsweise im ersten Stanzschritt, hergestellt werden. Da die Blechsegmente außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen kreisrund sind, ist es jedoch ohne Probleme möglich, das jeweilige Blechsegment auf das jeweils darunterliegende Blechsegment aufzustanzen, da das jeweils darunterliegende Blechsegment aufgrund der kreisrunden Außenkontur als Stanzunterlage fungieren kann, sodass ein stabiler Stanzvorgang realisierbar ist.
Das Stanzpaketieren ist ein Verfahren, mittels welchem das Blechpaket 10 auf besonders zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden kann, da die Blechsegmente während des Stanzens beziehungsweise während des zweiten Stanzschritts ausgestanzt und dabei gleichzeitig miteinander verbunden werden können.
Um nun diese Vorteile des Stanzpaketierens zu nutzen und dabei gleichzeitig eine besonders hohe Leistungsfähigkeit, ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten sowie einen vorteilhaften Gleichlauf der elektrischen Maschine realisieren zu können, wird ein Verfahren zum Stanzpaketieren durchgeführt, bei welchem nach Versehen des ersten Blechsegments mit den Magnetaufnahmen 14, welche mittels des ersten Stanzkopfes hergestellt werden, eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug, insbesondere dem ersten Stanzkopf, durchgeführt wird, sodass durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen 14 der jeweiligen Blechsegmente jeweilige Magnettaschen 18 gebildet werden, welche entlang einer jeweiligen Helix in sich tordiert sind.
Anhand von 1 ist dabei eine erste Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht, bei welchem die genannte Aufnahme und somit das darin angeordnete erste Blechsegment relativ zum ersten Stanzkopf gedreht werden, wobei eine rotatorische Bewegung des ersten Stanzkopfes unterbleibt. Mit anderen Worten wird die Aufnahme (Kavität) von Blechlage zu Blechlage, das heißt von Blechsegment zu Blechsegment um einen vorgebbaren Winkel gedreht, sodass die jeweiligen Blechlagen beziehungsweise Blechsegmente relativ zueinander verdreht sind. Somit ist das Blechpaket 10 insgesamt entlang der Helix, welche auch als Schraubenlinie bezeichnet wird, in sich tordiert, sodass die jeweilige Magnettasche 18 nicht etwa linear entlang einer parallel zur axialen Richtung des Blechpakets 10 verlaufenden Achse, sondern entlang einer Helix verläuft. Die Kavität wird dabei gedreht, nachdem das jeweilige Blechsegment von dem Ausgangswerkstück, welches als Blechband oder Platine ausgebildet sein kann, getrennt wurde. Zum Herstellen der Stanzmarken 16 kommt beispielsweise ein Stanzmarkenwerkzeug zum Einsatz. In einem ersten Schritt der ersten Ausführungsform des Verfahrens befindet sich das Stanzmarkenwerkzeug beispielsweise zunächst in einer Ausgangslage, wobei sich auch die Aufnahme für die Blechsegmente in einer Ausgangslage befindet. In dieser jeweiligen Ausgangslage wird der zweite Stanzschritt durchgeführt, wobei die Magnetaufnahmen 14 bereits hergestellt sind. Durch die Durchführung des zweiten Stanzschritts wird beispielsweise das erste Blechsegment aus dem Blechband ausgestanzt und gelangt zumindest teilweise in die Aufnahme.
In einem zweiten Schritt verbleibt das Stanzmarkenwerkzeug in seiner Ausgangslage, wobei jedoch die Aufnahme relativ zum Stanzmarkenwerkzeug und insbesondere relativ zum ersten Stanzkopf gedreht wird. Dann wird das zweite Blechsegment aus dem Blechband ausgestanzt, wobei das zweite Blechsegment bereits mit den Magnetaufnahmen 14 versehen ist. Das zweite Blechsegment gelangt dann in die Aufnahme auf das erste Blechsegment. Da jedoch zuvor das erste Blechsegment mittels der Aufnahme gedreht wurde, wobei eine Drehung des ersten Stanzkopfes unterblieb, sind die Magnetaufnahmen 14 des zweiten Blechsegments zu den Magnetaufnahmen 14 des ersten Blechsegments verdreht. Das erste Blechsegment und das zweite Blechsegment werden beim zweiten Stanzschritt mit den Stanzmarken 16 versehen. Da das Stanzmarkenwerkzeug nicht verdreht wurde und sich sowohl beim ersten Blechsegment als auch beim zweiten Blechsegment in der Ausgangslage befand, das erste Blechsegment jedoch relativ zum zweiten Blechsegment und relativ zum Stanzmarkenwerkzeug verdreht wurde, befinden sich die Stanzmarken 16 des zweiten Blechsegments nicht direkt über den Stanzmarken 16 des ersten Blechsegments.
Mit anderen Worten sind auch die Stanzmarken 16 des ersten Blechsegments relativ zu den Stanzmarken 16 des zweiten Blechsegments verdreht. Der zweite Schritt wird für jede, herzustellende Blechlage so oft wiederholt, bis das Blechpaket 10 die gewünschte Anzahl an Blechlagen und somit die gewünschte Höhe aufweist. Das Ergebnis ist ein geschrägtes Blechpaket 10, welches entlang einer Helix in sich tordiert wird, wobei die Stanzmarken 16 nicht exakt übereinanderliegen, sich aber dennoch zumindest teilweise überdecken.
Die geschilderte Verdrehung der Kavität beziehungsweise der Aufnahme erfolgt beispielsweise mittels eines Elektromotors, insbesondere eines Stellmotors beziehungsweise eines Schrittmotors. Hinsichtlich der Stanzmarken 16 sollten beiden Richtungen, das heißt sowohl die radiale als auch die tangentiale Ausrichtung, berücksichtigt werden, wobei die tangentiale Ausrichtung besonders vorteilhaft ist. Anhand von 2 wird im Folgenden eine zweite Ausführungsform des Verfahrens beschrieben. Die zweite Ausführungsform des Verfahrens entspricht im Grunde der ersten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass – wie in 2 an den dort erkennbaren Stanzmarken 16 veranschaulicht ist – das Stanzmarkenwerkzeug um den gleichen Winkel wie die Aufnahme und somit das in der Aufnahme angeordnete Blechsegment gedreht wird. Dies bedeutet, dass nicht nur die Kavität von Blechlage zu Blechlage gedreht wird, sondern auch das Stanzmarkenwerkzeug wird von Blechlage zu Blechlage insbesondere synchron zur Kavität gedreht. Das Ergebnis des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform ist ebenfalls das geschrägte beziehungsweise in sich entlang einer Helix tordierte Blechpaket 10, wobei die Stanzmarken 16 der jeweiligen Blechpakete jedoch vollständig übereinanderliegen.
Alternativ zum Drehen der Aufnahme relativ zum ersten Stanzkopf ist es denkbar, dass der erste Stanzkopf relativ zur Aufnahme und somit relativ zum jeweiligen ersten Blechpaket gedreht wird, während die Aufnahme und das erste Blechpaket rotationsfest bleiben. In beiden Fällen wird eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem ersten Stanzkopf beziehungsweise dem Stanzwerkzeug zum Herstellen der Magnetaufnahmen 14 bewirkt, sodass beim fertig hergestellten Blechpaket 10 die Magnetaufnahmen 14 des zweiten Blechpakets zu den Magnetaufnahmen 14 des ersten Blechpakets verdreht sind. Für beide Fälle der Relativdrehung kann dann zusätzlich festgelegt werden, ob sich die Prägewerkzeuge zum Setzen der Stanzmarken 16 ebenfalls relativ zum ersten Blechpaket verdrehen oder winkelgleich bleiben sollen, um die Stanzmarken 16 entweder vollständig oder nur teilweise überdeckend zu setzen. Insgesamt ist es so möglich, durch Aufeinanderstapeln der Blechsegmente durch die jeweiligen Magnetaufnahmen 14 die jeweiligen Magnettaschen 18 zu bilden, welche geschrägt sind und dabei entlang einer Helix in sich tordiert sind. Durch diese Verdrehung der jeweils benachbarten Magnetaufnahmen 14 insbesondere im Winkelbereich von einer Statornutteilung ist es möglich, eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine zu realisieren. Ferner kann ein besonders vorteilhafter Gleichlauf dargestellt werden, sodass Drehmomentschwankungen vermieden werden können. Die beschriebene Schrägung beziehungsweise Torsion der Magnettaschen 18 ermöglicht es auch, ein vorteilhaftes Geräuschverhalten zu realisieren.
Insbesondere ist es möglich, durch das Schrägen der Magnettaschen 18 das Rastmoment gering zu halten. Es hat sich gezeigt, dass das Schrägen des Stators der elektrischen Maschine sehr aufwendig ist, wobei im Gegensatz dazu das Schrägen des Rotors wesentlich einfacher und kostengünstiger durchzuführen ist. Durch die Schrägung der Magnettaschen 18 ist es möglich, eine hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine mit hohen Drehmomenten und einer hohen Leistungsdichte zu realisieren bei gleichzeitiger Realisierung eines vorteilhaften Geräuschverhaltens und einer einfachen Fertigung. Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass zum Erzeugen der entlang einer Schraubenlinie beziehungsweise Helix in sich tordierten Magnettaschen 18 die Magnetaufnahmen 14 der einzelnen Blechsegmente, insbesondere die einzelnen Blechsegmente selbst, zueinander verdreht werden. Dabei werden die Magnetaufnahmen 14 um einen Winkel zueinander verdreht, welcher sich beispielsweise aus der Rotorlänge und der Statornutteilung sowie der Art der Schrägung bestimmt. Um dabei auch eine einfache Herstellung der jeweiligen, zumindest teilweise in den Magnettaschen 18 anordenbaren beziehungsweise anzuordnenden Magneten zu realisieren, ist es vorteilhaft, quaderförmige Magnete einzusetzen, welche sich kostengünstig und prozesssicher sägen und schleifen lassen. Selbstverständlich können jedoch auch dimensional geformte beziehungsweise paralleloide Magnete zum Einsatz kommen, die beispielsweise trapezförmig sind oder noch weiter in jeder beliebiger Form von einem Quader abweichen. Mit anderen Worten sind unter paralleloiden Magneten Magnete zu verstehen, deren äußere Form von einem Quader abweicht.
Bei der Verwendung von quaderförmigen Magneten können diese geometrisch bedingt im Zehntelbereich stirnseitig aus dem Blechpaket 10 herausstehen und/oder einen kleinen Luftspalt zu einem korrespondierenden Magneten eines sich in axialer Richtung des Rotors an das Blechpaket 10 anschließenden, weiteren Blechpakets beziehungsweise zu etwaigen Wuchtelementen bilden. Dabei kann der jeweilige Magnet tangential an zwei gegenüberliegenden Punkten an der Magnettasche 18 beziehungsweise dem Blechpaket 10 anliegen. Zur Fixierung des jeweiligen Magneten sind mehrere Verfahren denkbar. Beispielsweise kann der jeweilige Magnet in das Blechpaket 10 eingepresst werden mit entsprechendem Übermaß, um eine Klemmung beziehungsweise einen Pressverband herzustellen.
Der Magnet steht dabei üblicherweise unter Torsionsspannung. Ein weiteres Verfahren ist das Verstemmen, wobei das jeweilige Blechsegment beziehungsweise das Blechpaket 10 lokal plastisch verformt wird, um dadurch eine besonders hohe Klemmkraft auf den Magneten darzustellen. Als weitere Verfahren sind Umspritzen, Kleben etc. denkbar. Aufgrund der Tatsache, dass die jeweiligen Magnete theoretisch nur an zwei Stellen punktuell anliegen, bietet sich das Verstemmen an, um an genau diesen Stellen die Anpresskraft zu erhöhen beziehungsweise an anderen Stellen durch eine plastische Verformung des Blechsegments weitere Anlagestellen des Magneten zu erzeugen. Zwischen dem jeweiligen Magneten und der Magnettasche 18 beziehungsweise dem Blechpaket 10 kann sich ein kleiner, dreidimensionaler Luftspalt ausbilden, der gegebenenfalls die Leistungsfähigkeit minimal beeinträchtigen kann. Derartige Luftspalte werden jedoch auch schon in Serie ohne trapezförmige Magnete mit den oben genannten Alternativverfahren umgesetzt, was zumindest mittelfristig auf akzeptable Performanceeinbußen schließen lässt, um ein globales Optimum zu erzielen.
Um beispielsweise eine Falschmontage von dreidimensional geformten Magneten, deren Form von einem Quader abweicht, nach dem Poka-Yoke-Prinzip sicherzustellen, können die Magnete in dafür konstruierten Magazinen oder ähnliches angeliefert werden.
Die genannten, separat voneinander ausgebildeten und in axialer Richtung des Rotors aufeinanderfolgend anzuordnenden Blechpakete bilden jeweilige Rotorsegmente, welche jeweils in sich tordiert sind. Ein Fügeverfahren zum Verbinden der jeweiligen Rotorsegmente kann mit allen bekannten Herstellungsverfahren erfolgen. Hierbei hat es sich gezeigt, dass das Verbinden der Rotorsegmente durch Backlack besonders einfach ist. Aber auch Stanzpaketieren kann wegen der minimalen Winkel der einzelnen Blechsegmente zueinander neben anderen Verfahren, je nach Ausrichtung der Stanzmarken 16, zum Einsatz kommen. Das geschilderte Verfahren kann bei jedweder Elektromaschine mit Magneten zum Einsatz kommen.
Aufgrund des geringen Winkels, um welchen die Blechsegmente beziehungsweise die Magnetaufnahmen 14 relativ zueinander verdreht werden, ist ein geringer Versatz nicht ausgeschlossen. Demzufolge kann es zu einem sogenannten Wandern der beispielsweise als Stanzprägungen ausgebildeten Stanzmarken 16 kommen, sodass diese an günstigen Positionen hergestellt werden sollten. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn alle Magnetaufnahmen 14 vor dem finalen beziehungsweise zweiten Stanzschritt hergestellt werden, da beim Durchführen des zweiten Stanzschritts durch das genannte relative Verdrehen die Magnetaufnahmen 14 versetzt zueinander geschichtet werden und dadurch nicht im Rahmen des letzten beziehungsweise zweiten Stanzschritts hergestellt werden können, da aufgrund der Verdrehung beispielsweise das erste Blechsegment für das zweite Blechsegment keine vorteilhafte Auflage zum Durchführen des zweiten Stanzschritts darstellt. Das Ausstanzen des jeweiligen Blechsegments vom Blechband stellt jedoch im Rahmen des zweiten Stanzschritts kein Problem dar, da für dieses Ausstanzen das erste Blechsegment für das zweite Blechsegment eine vorteilhafte Unterlage aufgrund der einfachen, außenumfangsseitig runden Form darstellt.
Aus 3 ist der mit 20 bezeichnete Rotor der elektrischen Maschine erkennbar, welcher das Blechpaket 10 sowie eine in 3 mit 22 bezeichnete Welle umfasst. Die Welle 22 wird auch als Rotorwelle bezeichnet und ist drehfest mit dem Blechpaket 10 verbunden. Aus 3 sind besonders gut die Magnettaschen 18 des Blechpakets 10 erkennbar, in denen im fertig hergestellten Zustand der elektrischen Maschine Magnete, insbesondere Permanentmagnete, zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest überwiegend angeordnet sind. 4 zeigt den Rotor 20 mit dem Blechpaket 10, wobei in 4 die mit 24 bezeichneten Magneten erkennbar sind. 5 zeigt das Blechpaket 10 in einer vergrößerten Darstellung, wobei besonders gut zwei der entlang einer jeweiligen Helix in sich tordierten Magnettaschen 18 erkennbar sind.
6 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen der Magnete 24. 7 zeigt in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht die mit 22 bezeichnete Welle. Aus 7 ist erkennbar, dass die Welle 22 zwei in axialer Richtung der Welle 22 unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Längenbereiche 26 und 28 umfasst. In dem Längenbereich 26 wird beispielsweise das Blechpaket 10 auf der Welle 22 angeordnet, wobei das Blechpaket 10 über eine besonders gut aus 1 und 2 erkennbare Lagertasche 30 und den Längenbereich 26 drehfest mit der Welle 22 verbunden wird. Der Rotor 20 umfasst wenigstens ein vom Blechpaket 10 unterschiedliches, separat dazu hergestelltes zweites Blechpaket, welches ebenfalls eine Lagertasche aufweist. Das zweite Blechpaket wird in dem Längenbereich 28 auf der Welle 22 angeordnet und über seine zweite Lagertasche und den Längenbereich 28 drehfest mit der Welle 22 verbunden. Die drehfeste Verbindung des jeweiligen Blechpakets mit der Welle 22 wird im Folgenden insbesondere am Beispiel des Blechpakets 10 beschrieben, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zum Blechpaket 10 ohne weiteres auch auf das zweite Blechpaket übertragen werden können.
Aus 1, 2 und 4 ist erkennbar, dass das jeweilige Blechsegment mittels des Stanzwerkzeugs und dabei insbesondere vor dem zweiten Stanzschritt mit einer von der jeweiligen Magnetaufnahme 14 unterschiedlichen Lageraufnahme 32 versehen wird. Mit anderen Worten wird die jeweilige Lageraufnahme 32 aus dem jeweiligen Blechsegment ausgestanzt. Dabei wird die Lageraufnahme 32 des ersten Blechsegments relativ zu der Lageraufnahme 32 des zweiten Blechsegments in gleichem Maße wie die Magnetaufnahmen 14 des zweiten Blechsegments zu den Magnetaufnahmen 14 des ersten Blechsegments verdreht, sodass auch durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Lageraufnahmen 32 des Blechpakets 10 die Lagertasche 30 gebildet wird, die entlang einer Helix in sich tordiert ist. Die Helix der Lagertasche 30 und die Helix der jeweiligen Lagertasche 30 sind dabei gleich ausgebildet, da die Lageraufnahmen 32 in gleichem Maße wie die Magnetaufnahmen 14 relativ zueinander verdreht und somit in sich tordiert werden.
Um nun eine besonders sichere Montage des Blechpakets 10 auf der Welle 22 bei gleichzeitiger Erzeugung einer definierten Schrägung darstellen zu können, hat sich eine polygonale Welle-Nabe-Verbindung als vorteilhaft gezeigt. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweilige Lageraufnahme 32 und somit die Lagertasche 30 insgesamt eine Innenkontur 34 mit einer von einem Kreis unterschiedlichen Form versehen, das heißt insbesondere im Rahmen des ersten Stanzschritts beziehungsweise vor dem zweiten Stanzschritt ausgestanzt wird. Dabei wird die Innenkontur 34 als Polygon oder Unrund hergestellt und ist somit vieleckig oder unrund. Im Folgenden wird die polygonale oder unrunde Innenkontur 34 der Einfachheit wegen als Polygon oder polygonal bezeichnet. Durch ein solches Polygon kann eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Blechpaket 10 und der Welle 22 hergestellt werden, sodass eine Fehlmontage gänzlich nach dem Poka-Yoke-Prinzip oder zumindest teilweise je nach Maschinenlänge und Anzahl der Rotorsegmente ausgeschlossen wird. Dabei bietet sich ein ganzzahliger Teiler der Polpaarzahl an. Aber auch andere Grade des Polygons sind denkbar. Außerdem können Nocken beziehungsweise Extrema des Polygons ungleichmäßig und/oder in ungleichmäßigen Winkeln angeordnet sein.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen dem Blechpaket 10 und der Welle 22 ein Presssitz ausgebildet ist, über welchen das Blechpaket 10 mit der Welle 22 verbunden ist. In Verbindung mit einer polygonen beziehungsweise unrunden Innenkontur 34 der Lagertasche 30 kann der Presssitz im Vergleich zu einer zylindrischen Innenkontur ohne Formschluss herabgesetzt werden, was insbesondere beim Stanzpaketieren mit hohen Drehzahlen und damit Fliehkräften von Vorteil ist.
Um das Blechpaket 10 über die Lagertasche 30 und den Längenbereich 26 mit der Welle 22 drehfest zu verbinden, weist die Welle 22 im Längenbereich 26 eine Außenkontur 36 auf, welche mit der Innenkontur 34 zumindest teilweise korrespondiert. Durch die jeweilige polygonale beziehungsweise unrunde Ausgestaltung der Innenkontur 34 und der Außenkontur 36 weist die Innenkontur 34 in radialer Richtung nach innen ragende Berge und gegenüber den Bergen in radialer Richtung nach außen zurückversetzte Täler auf. Analog dazu weist die Außenkontur 36 in radialer Richtung nach außen ragende Berge und gegenüber den Bergen in radialer Richtung nach innen zurückversetzte Täler auf. Um das Blechpaket 10 mit der Welle 22 drehfest zu verbinden, wird zumindest ein Teil der Berge der Innenkontur 34 in zumindest einen Teil der korrespondierenden Täler der Außenkontur 36 angeordnet, sodass das Blechpaket 10 mit der Welle 22 in Umfangsrichtung des Blechpakets 10 beziehungsweise der Welle 22 drehfest verbunden ist, da die Innenkontur 34 formschlüssig mit der Außenkontur 36 zusammenwirkt. Die Außenkontur 36 kann dabei eine erste Anzahl an Tälern aufweisen, wobei die Innenkontur 34 eine zweite Anzahl an Bergen aufweisen kann. Die erste Anzahl kann höher als die zweite Anzahl sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Anzahl an Bergen in korrespondierende Täler der Außenkontur 36 eingeführt wird, sodass lediglich in einer ersten Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 korrespondierende Berge der Innenkontur 34 angeordnet sind. In einer zweiten Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 sind keine Berge der Innenkontur 34 angeordnet. Weist der Rotor beispielsweise ein weiteres Blechpaket mit einer weiteren Lagertasche und demzufolge mit einer weiteren Innenkontur auf, so kann vorgesehen sein, dass Berge der weiteren Innenkontur in die zweite Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 angeordnet werden, sodass die Berge der Innenkontur 34 über die erste Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 und die Berge der weiteren Innenkontur über die zweite Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 mit der Welle 22 formschlüssig verbunden sind.
Bei komplexen Schrägungen des Rotors wird auch die Welle 22 komplex, wenn ein Formschluss aus fertigungstechnischen Gründen und Gründen der Zeitfestigkeit vorzusehen ist. Eine Möglichkeit, dies zu vereinfachen, bietet die polygonale Welle-Naben-Verbindung auf der Wellenseite, da diese beispielsweise kostengünstig mittels Unrunddrehen hergestellt werden kann. Bei einem Elektroblech ist die Form der Welle-Nabe-Verbindung gegebenenfalls bis auf die Schnittkantenlänge quasi kostenneutral und kann mit allen gängigen Herstellverfahren hergestellt werden, unter anderem durch Laserschneiden, Scherschneiden beziehungsweise Stanzen etc.
Die polygonale Welle-Nabe-Verbindung zwischen dem Blechpaket 10 und der Welle 22 kann sowohl nach DIN als auch davon abweichend als gerade oder einfach oder mehrfach über der Länge tordierten Profile realisiert werden, die in gleichen aber auch ungleichen Winkeln und Polygonformen ausgeprägt sein können. Da die Lagertasche 30 und somit die Innenkontur 34 entlang einer Helix in sich tordiert sind, sind auch der Längenbereich 26 und somit die Außenkontur 36 in sich tordiert und verlaufen somit entlang einer Helix beziehungsweise Schraubenlinie. Da diese Torsion aufgrund der geringen Verdrehwinkel nur gering ist, erscheint der Verlauf der Außenkontur 36 in 7 zumindest nahezu linear. Auch der Längenbereich 28 weist eine in sich tordierte Außenkontur 38 auf, da beispielsweise das genannte weitere Blechpaket mit dessen in sich tordierter Lagertasche in dem Längenbereich 28 auf der Welle 22 angeordnet und über den Längenbereich 28 und somit die Außenkontur 38 drehfest mit der Welle 22 verbunden wird. Somit erstreckt sich auch die Außenkontur 38, welche polygonal beziehungsweise unrund ausgebildet ist, entlang einer Helix. Aufgrund der geringen Verdrehwinkel erscheint auch der Verlauf der Außenkontur 38 in 7 zumindest nahezu linear. Aus 7 ist erkennbar, dass sich die Helix der Außenkontur 36 und die Helix der Außenkontur 38 beispielsweise gegenläufig oder aufeinander zu erstrecken, sodass die Längenbereiche 26 und 28 zumindest im Wesentlichen V-förmig zueinander verlaufen beziehungsweise angeordnet sind. Mit anderen Worten ist durch die Außenkonturen 36 und 38 eine zumindest nahezu V-förmige Außenkontur der Welle 22 gebildet.
Die vorliegend unrunde Gestalt der Außenkontur 36 ist besonders gut aus 8 und 9 erkennbar, wobei besonders gut aus 9 erkennbar ist, dass die unrunde Außenkontur 36 in sich tordiert ist und demzufolge entlang einer Helix verläuft.
Vor dem Hintergrund des zuvor Geschilderten ergeben sich mehrere Möglichkeiten, die Rotorsegmente, das heißt die separat voneinander hergestellten Blechpakete, auf der Welle 22 beziehungsweise dem Rotorträger anzuordnen. Nachfolgend sind beispielhaft die wichtigsten Lösungen dargestellt am Beispiel von Rotorsegmenten mit einer axialen Erstreckung von insbesondere 40 Millimetern, welche wiederum aus Subsegmenten mit einer axialen Erstreckung von 10 Millimetern gebildet sind. Hierbei ist jede beliebige, nicht dargestellte Kombination vorstellbar und realisierbar. In 10 ist in jeder Zeile exemplarisch ein Polverlauf eines eigenständigen Ausführungsbeispiels eines Rotors dargestellt. Die in den jeweiligen Rechtecken der Rotorsegmente verlaufenden schwarzen Linien symbolisieren die Magnete 24 in ihren dreidimensionalen, vom Quader abweichenden Magnettaschen 18. Durch vier Subsegmente mit einer jeweiligen axialen Erstreckung von 10 Millimetern ist ein Rotorsegment mit einer axialen Erstreckung von 40 Millimetern realisiert.
So können anhand der zuvor erläuterten Welle-Nabe-Verbindung mit mehreren Berge- und Täler-Strukturen auf einer Welle 22 durch unterschiedliche Anordnung und Reihenfolge an sich gleicher Rotorsegmente beliebige Rotoren aufgebaut werden.
Dies ist in 11 dargestellt. Dort sind die genannten Subsegmente mit 40 bezeichnet, welche ein im Ganzen mit 42 bezeichnetes Rotorsegment mit einer axialen Erstreckung beziehungsweise Länge von 40 Millimetern bilden. Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in jeder der Magnettaschen 18 des jeweiligen Subsegments 40 genau ein Magnet 24 angeordnet ist. 12 veranschaulicht schematisch die Anordnung von vier Subsegmenten 40 als Doppel-V-Anordnung der Magnetpole eines Rotors in einer elektrischen Maschine, wobei es sich um eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit einer Eisen- beziehungsweise Aktivlänge von beispielsweise 160 Millimetern handelt. Die Montage erfolgt dabei beispielsweise von der Mitte aus in beide Richtungen, wobei Wuchtscheiben ebenfalls von außen auf die Welle 12 gefügt werden. Mit anderen Worten ist es mit Bezug zur Welle 22 gemäß 7 möglich, ein erstes Rotorsegment in axialer Richtung von einer ersten Seite aus auf die Welle 22 zu schieben, um dieses erste Rotorsegment mit dem Längenbereich 26 zu verbinden. Ein zweites Rotorsegment wird in axialer Richtung der Welle von einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite aus auf die Welle 22 geschoben, sodass das zweite Rotorsegment mit dem Längenbereich 28 verbunden wird.
13 zeigt den Rotor ohne Blechpakete, wobei in 13 die Anordnung der Magnete 24 sehr gut erkennbar ist. Anhand von 14 bis 16 wird die elektrische Kontaktierung der elektrischen Maschine beschrieben. Wird die elektrische Maschine beispielsweise als Traktionsmaschine eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, verwendet, so wird die Kontaktierung als Hochvolt-Kontaktierung bezeichnet, da beispielsweise eine Spannung von mehr als 60 Volt vorgesehen ist. Zur Kontaktierung von elektrischen Maschinen und einer zugehörigen Leistungselektronik werden oft Steckverbinder oder Kabelschuhe verwendet. Außerdem kommen auch stoffschlüssige Verbindungen zur Anwendung. Mit dieser technischen Lösung wird das Herausführen von Hochvolt-Kontakten durch ein Gehäuse der elektrischen Maschine vereinfacht.
Dabei kann diese Durchführung in eine benachbarte Kavität oder die Umgebung erfolgen. Die Durchführung besteht aus einem einfachen Leiter, beispielsweise aus Kupfer. Ein solcher Leiter ist beispielsweise durch ein in 14 und 15 gezeigtes Kontaktierungselement 44 gebildet, das im dargestellten Beispiel über zwei Gewindebohrungen 46 und 48 an seinen jeweiligen Stirnseiten 50 und 52 verfügt. Ferner weist das Kontaktierungselement 44 einen Werkzeugangriff in Form eines Sechskants 54 auf, welcher als Außensechskant ausgebildet ist. Der Sechskant 54 dient zum Einleiten beziehungsweise Abstützen von Drehmomenten beim elektrischen Kontaktieren. Wahlweise können statt Schrauben auch alle weiteren Fügeverfahren zur Anwendung kommen.
Bei der Montage wird im vorliegenden Beispiel das dargestellte Kontaktierungselement 44 mit einem an einem Leiter der Leistungselektronik befestigten Gewindebolzen verschraubt. Dies kann mit bereits gefügtem Rundschnurring in Form eines O-Rings 56 am Sechskant 54 erfolgen. Anschließend wird ein Isolator mit entsprechender Passung über den O-Ring 56 geschoben. Ein Deckel kann mittels einer flüssigen oder festen Dichtung oder ebenfalls Rundschnurring oder ähnlichem gegen das Gehäuse dichten. Somit ist der Kontakt durch das Bauteil geführt und dichtet gegen Medien ab, ohne in diesem Fall den Rundschnurring mit einer Relativbewegung zum Isolator oder zum Gehäuse zu beaufschlagen und damit zu beschädigen. Um ein Verschieben der Durchführung zu verhindern, kann das Gewinde genutzt werden, um die Position während der Montage zu fixieren. Es können auch mehrere Kontakte nebeneinander montiert werden. Anschließend kann eine zweite Seite kontaktiert werden. Dabei kann der Sechskant 54 zum Abstützen des Drehmoments genutzt werden. Dabei zeigt 16 ein Bauteil 58, in welchem das Kontaktierungselement 44 teilweise angeordnet ist. Bei dem Bauteil 58 handelt es sich beispielsweise um das genannte Gehäuse beziehungsweise um ein Gehäuseelement des genannten Gehäuses.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rotors, wobei anhand von 17 die Magneten 24 und insbesondere deren zumindest im Wesentlichen V-förmige Anordnung erkennbar ist. 18 zeigt die Welle 22 in einer weiteren Vorderansicht.
Bei elektrischen Maschinen kommt in der Regel Aluminium als Festlagersitz zum Einsatz. Es kann vorgesehen sein, dass das Aluminium um eine Stahlbuchse ergänzt ist, um eine besonders hohe Robustheit gegen Temperaturunterschiede zu realisieren, da dann eine Stahl-/Stahlpaarung entsteht. Aluminium hat jedoch einen deutlich geringeren E-Modul als Sphäroguss. Somit lässt sich auch bei höherer Dichte des Sphärogusses gegenüber Aluminium bei gleichem Bauraum eine deutlich höhere Steifigkeit und damit Leichtbau betreiben. Sphäroguss hat sehr ähnliche Eigenschaften bezüglich der thermischen Ausdehnung wie Stähle, was eine zusätzliche Stahlbuchse als Lagersitz überflüssig macht. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass Sphäroguss als Festlagersitzmaterial bei elektrischen Maschinen zum Einsatz kommt.
Da die Lagertasche 30 beziehungsweise ihre Innenkontur 34 helixartig in sich tordiert ist, sodass auch die korrespondierende Außenkontur 36, welche polygonal oder unrund ausgebildet ist, entlang einer Helix in sich tordiert ist, erfolgt beim Aufschieben des Blechpakets 10 auf die Welle 22 im Längenbereich 26 eine mit dem Aufschieben einhergehende Drehung des Blechpakets 10 relativ zur Welle 22. Hierbei kann das Blechpaket 10 (Rotorsegment) wie bei einer herkömmlichen Presspassung auf die Welle 22 bei gleichzeitiger Drehung entsprechend der Helix aufgepresst werden. Es können auch mehrere Segmente gleichzeitig aufgepresst werden.
Die zumindest im Wesentlichen V-förmige Anordnung der Längenbereiche 26 und 28 beziehungsweise ihrer Außenkonturen 36 und 38 ermöglicht es, eine zumindest im Wesentlichen V-förmige Schrägung der in axialer Richtung der Welle 22 nebeneinander anzuordnenden Rotorsegmente zu erreichen. Diese können dann jeweils von beiden Seiten auf die Welle 22 aufgepresst werden, und zwar entsprechend des jeweiligen helixartigen Verlaufs. Alternativ zu einem solchen V-förmigen Verlauf beziehungsweise zu einer V-förmigen Schrägung ist auch die Ausbildung einer Zick-Zack-förmigen Schrägung oder einer Schrägung mit einer mehrfachen V-Form möglich. Zur Realisierung einer Zick-Zack-förmigen oder mehrfach-V-förmigen Schrägung kommt die zuvor beschriebenen Technik zum Einsatz, bei welcher eines der Rotorsegmente über die erste Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 und ein anderes der Rotorsegmente über die zweite Teilmenge der Täler der Außenkontur 36 drehfest mit der Welle 22 verbunden wird. Diejenigen der Täler der Außenkontur 36, die nicht von den Bergen des ersten Rotorsegments gefüllt werden, stellen sogenannte leere Kerben oder Leerkerben dar, über welche das erste Rotorsegment gepresst wird. Die von den Bergen des ersten Rotorsegments gefüllten Täler der Außenkontur 36 stellen wiederum für das zweite Rotorsegment Leerkerben dar, über welche das zweite Rotorsegment gepresst wird. Dadurch ist es möglich, eine Schrägung der beiden Rotorsegmente zueinander zu realisieren. Analog dazu können auch drei oder eine noch höhere Anzahl an Rotorsegmenten über die Außenkontur 36 mit der Welle 22 verbunden werden. Außerdem ist es mittels dieser Technik möglich, eine lineare Schrägung der Rotorsegmente beziehungsweise ihrer Magneten zueinander zu realisieren.
Das geschilderte Verfahren zum Nutzen der Vorteile des Stanzpaketierens und zur Realisierung der jeweiligen, in sich tordierten Magnettasche 18 kann auch besonders einfach auf bereits bestehende Konzepte beziehungsweise Strukturen angewendet werden, sodass sich eine besonders hohe Leistungsfähigkeit, ein vorteilhaftes Geräuschverhalten sowie ein vorteilhafter Gleichlauf von elektrischen Maschinen auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise realisieren lassen.
Bezugszeichenliste

10: Blechpaket
12: Blechsegment
14: Magnetaufnahme
16: Stanzmarke
18: Magnettasche
20: Rotor
22: Welle
24: Magnet
26: Längenbereich
28: Längenbereich
30: Lagertasche
32: Lageraufnahme
34: Innenkontur
36: Außenkontur
38: Außenkontur
40: Subsegment
42: Rotorsegment
44: Kontaktierungselement
46: Gewindebohrung
48: Gewindebohrung
50: Stirnseite
52: Stirnseite
54: Sechskant
56: O-Ring
58: Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3640447 C1 [0002]
EP 1684400 B1 [0006]
DE 102008038726 B3 [0007]
DE 102012022084 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Stanzpaketieren wenigstens eines Blechpakets (10) für einen Rotor (20) einer elektrische Maschine, bei welchem jeweilige Blechsegmente (12) mittels eines Stanzwerkzeugs mit wenigstens einer Magnetaufnahme (14) für wenigstens einen Magneten (24) der elektrischen Maschine versehen, in axialer Richtung des Blechpakets (10) aufeinander folgend zu dem Blechpaket (10) gestapelt und miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Versehen eines ersten der Blechsegmente mit der Magnetaufnahme (14) eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug durchgeführt wird, sodass durch die in axialer Richtung aufeinander folgenden Magnetaufnahmen (14) der Blechsegmente (12) eine Magnettasche (18) für den Magneten (24) gebildet wird, welche entlang einer Helix in sich tordiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Magnetaufnahme (14) versehene erste Blechsegment relativ zum Stanzwerkzeug gedreht wird, während zumindest eine rotatorische Bewegung des Stanzwerkzeugs unterbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanzwerkzeug relativ zum mit der Magnetaufnahme (14) versehenen ersten Blechsegment gedreht wird, während zumindest eine rotatorische Bewegung des mit der Magnetaufnahme (14) versehenen ersten Blechsegments unterbleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Blechsegmente (12) mittels des Stanzwerkzeugs mit einer von der Magnetaufnahme (14) unterschiedlichen Lageraufnahme (32) für eine Welle (22) des Rotors (20) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die in axialer Richtung aufeinander folgenden Lageraufnahmen (32) des Blechpakets eine Lagertasche (30) für die Welle (22) gebildet wird, wobei die Lagertasche (30) entlang einer Helix in sich tordiert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Helix der Lagertasche (30) und die Helix der Magnettasche (18) gleich ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Lageraufnahme (32) mit einer Innenkontur (34) mit einer von einem Kreis unterschiedlichen Form ausgestanzt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (34) als Polygon oder Unrund hergestellt wird.
Rotor (20) für eine elektrische Maschine, mit wenigstens einem Blechpaket (10), welches mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.