-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vollverguss eines mit einer Rotorwicklung ausgebildeten Rotors für eine elektrische Maschine.
-
Eine drehende elektrische Maschine, wie bspw. eine Synchronmaschine, weist einen feststehenden Stator, der auch als Ständer bezeichnet wird, und einen im Stator laufenden Rotor, der auch als Läufer bezeichnet wird, auf. Der Rotor ist je nach Bauprinzip mit Permanentmagneten oder einer Rotorwicklung versehen. Durch einen sogenannten Vollverguss des Rotors, bei dem vorhandene Hohlräume innerhalb der Rotorwicklung sowie zwischen der Rotorwicklung und einer Rotorwelle bzw. einem Rotorträger mit einer Vergussmasse ausgefüllt werden, können die Wärmeableitung und die mechanische Stabilität hinsichtlich dynamischer und statischer Belastungen optimiert werden.
-
Die
DE 10 2008 027 758 B4 beschreibt ein Verfahren zum Vergießen eines mit Magnettaschen (2) ausgebildeten Rotors (1). Um ein einfacheres Vergießen zu erreichen, wird wenigstens eine Endscheibe (6) mit einem integrierten Verteilungskanal (7) verwendet. Die Vergussmasse verteilt sich über den Verteilungskanal (7) in die einzelnen Magnettaschen (2). Zur Durchführung des Verfahrens muss der betreffende Rotor aber zwingend mit Magnettaschen ausgebildet sein.
-
-
Die erfindungsgemäßen Verfahren der Patentansprüche 1 und 2 ermöglichen einen einfachen und fehlstellenfreien Vollverguss eines mit Rotorwicklung versehenen Rotors für eine elektrische Maschine. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Verfahren aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
-
Das erste erfindungsgemäße Verfahren zum Vollverguss eines mit einer Rotorwicklung ausgebildeten Rotors für eine elektrische Maschine weist zumindest die folgenden Schritte auf, die auch automatisiert ausgeführt werden können:
- - Bereitstellen eines vorgefertigten Rotors, der insbesondere eine Rotorwelle (bzw. einen Rotorträger) und einen drehfest auf der Rotorwelle gelagerten bzw. darauf angeordneten Rotorkörper mit einer Rotorwicklung aufweist;
- - Bereitstellen wenigstens eines Verdrängungskörpers (s. u.), der wenigstens einen durchgängigen Kanal aufweist;
- - stehendes Anordnen des Rotors und des Verdrängungskörpers in einer Guss- bzw. Vergussform;
- - Befüllen der Gussform mit einer Vergussmasse, wobei die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch in den unteren Bereich der Gussform eingeleitet wird bzw. einfließt und (dann) in der Gussform aufsteigt, sodass die Gussform mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird.
-
Das erste erfindungsgemäße Verfahren kann ferner noch folgende Schritte aufweisen:
- - Aushärten (oder zumindest Anhärten) der Vergussmasse, bspw. durch Wärmezufuhr; und/oder
- - Entformen des vergossenen Rotors aus der Gussform, wozu die Gussform insbesondere mehrteilig ausgebildet ist.
-
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf, die ebenso automatisiert ausgeführt werden können:
- - Bereitstellen des vorgefertigten Rotors (s. o.);
- - Bereitstellen wenigstens eines Verdrängungskörpers (s. u.), der wenigstens einen durchgängigen Kanal aufweist;
- - stehendes Anordnen des Rotors und des Verdrängungskörpers in einem Gehäuse;
- - Befüllen des Gehäuses mit einer Vergussmasse, wobei die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch in den unteren Bereich des Gehäuses eingeleitet wird bzw. einfließt und (dann) im Gehäuse aufsteigt, sodass das Gehäuse mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird.
-
Beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Entformen des vergossenen Rotors nicht vorgesehen, d. h., das Gehäuse wird als Rotorgehäuse ein Bestandteil des Rotors.
-
Beim erfindungsgemäßen Rotorverguss wird wenigstens ein Verdrängungskörper verwendet, der zusammen mit dem zu vergießenden Rotor in der Gussform bzw. in deren Vergussraum oder im Gehäuse bzw. in dessen Vergussraum angeordnet und dann quasi mit eingegossen wird. Durch Einbringen eines Verdrängungskörpers in den Vergussraum kann u. a. das Vergussvolumen reduziert und Vergussmasse eingespart werden (wie in der
DE 10 2007 030 963 A1 erläutert). Ferner kann ein Verdrängungskörper auch dazu verwendet werden, die Rotorwicklung zu fixieren. Bevorzugt wird der wenigstens eine Verdrängungskörper im Rotorkörper angeordnet und erstreckt sich insbesondere über die gesamte axiale Länge des Rotorkörpers, wobei sich auch der wenigstens eine Kanal im Verdrängungskörper über die gesamte axiale Länge erstreckt. Der Kanal ist bevorzugt eine Nut oder eine Bohrung. Der Verdrängungskörper kann aus Kunststoff gefertigt sein.
-
Bei stehender Anordnung, d. h. die Rotorwelle ist vertikal ausgerichtet, müsste eine von oben in den Vergussraum eingegossene Vergussmasse durch die Wickellagen der Rotorwicklung fließen, was durch den Verdrängungskörper noch zusätzlich erschwert wird, sodass es zwangsläufig zu Fehlstellen (z. B. Lücken, Spalte, Blaseneinschlüsse und dergleichen) kommt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Gussform bzw. das Gehäuse mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird. Dieser Vorgang kann auch als steigende Füllung bezeichnet werden. Bei der steigenden Füllung werden dann die vorhandenen Hohlräume im Rotor, insbesondere innerhalb der Rotorwicklung sowie zwischen der Rotorwicklung und der Rotorwelle, nahezu fellerstellenfrei mit der Vergussmasse ausgefüllt (Rotorvollverguss). Als Vergussmasse wird insbesondere ein warm- oder kaltaushärtendes Harz verwendet (wie in der
DE 10 2008 027 758 B4 erläutert).
-
Erfindungsgemäß wird die Vergussmasse allerdings nicht von unten zugeführt, was eine entsprechend aufwändige Gestaltung und Abdichtung der Gussform bzw. des Gehäuses erfordern würde, sondern über wenigstens einen Kanal eines Verdrängungskörpers. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Vergussmasse von oben bzw. am oberen Ende des Kanals zugeführt wird, durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch nach unten fließt und am unteren Ende des Kanals austritt und in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird bzw. einfließt. Mit dem „unteren Bereich“ der Gussform bzw. des Gehäuses ist besonders der Gussformbodenbereich bzw. Gehäusebodenbereich gemeint, der sich insbesondere zwischen dem Gussformboden bzw. dem Gehäuseboden und dem in der Gussform bzw. im Gehäuse angeordneten Rotorkörper, genau genommen der unteren Rotorkörperstirnseite, erstreckt.
-
Die Erfindung sieht also vor, den ohnehin verwendeten Verdrängungskörper so zu gestalten, dass die Vergussmasse durch den Verdrängungskörper nach unten fließt und die Gussform bzw. das Gehäuse von unten füllt. Dafür können auch bereits vorhandene Gussformen verwendet werden. Die Gussform oder das Gehäuse kann ferner Mittel (womit wenigstens ein Mittel gemeint ist) aufweisen, die im unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen. Bevorzugt sind diese Mittel am Gussformboden bzw. Gehäuseboden angeordnet. Ein solches Mittel kann bspw. ein ringartiger Verteilungskanal sein (wie in der
DE 10 2008 027 758 B4 erläutert).
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses unter Druck erfolgt, indem die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses gedrückt wird. Dies kann bspw. mithilfe einer Befülleinrichtung erfolgen (wie in der
DE 10 2008 027 758 B4 erläutert). Bevorzugt erfolgt das Befüllen der Gussform oder des Gehäuses jedoch in einer Spritzgießmaschine, welche die Vergussmasse direkt (am oberen Ende) in den Kanal des Verdrängungskörpers einspritzt. Dies ermöglicht eine einfache Serienfertigung. Vor dem Einspritzen der Vergussmasse kann in der Gussform bzw. dem Gehäuse ein Vakuum erzeugt werden. Es ist aber auch ein offener Verguss (unter atmosphärischen Bedingungen) möglich.
-
Es können mehrere Verdrängungskörper vorgesehen sein, die sternartig bzw. sternförmig im Rotor, vorzugsweise im Rotorkörper, insbesondere sternartig um die Rotorwelle herum, angeordnet werden, wobei wenigstens zwei Verdrängungskörper mit (wenigstens) einem Kanal ausgebildet sind und beim Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses die Vergussmasse gleichzeitig durch diese (wenigsten zwei) Kanäle hindurch in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird. Dadurch kann die Füll- und Taktzeit reduziert werden.
-
Alternativ kann ein sternartig ausgebildeter Verdrängungskörper vorgesehen sein, der im Rotor, insbesondere im Rotorkörper, angeordnet wird, wobei dieser Verdrängungskörper mit wenigstens zwei Kanälen ausgebildet ist und beim Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses die Vergussmasse gleichzeitig über diese (wenigsten zwei) Kanäle hindurch in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird. Dieser Verdrängungskörper kann ferner integrierte Mittel aufweisen, wie bspw. einen ringartigen Verteilungskanal, die im unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen. Bevorzugt ist dieser Verdrängungskörper einstückig ausgebildet.
-
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt schematisch in axialer Draufsicht einen zu vergießenden Rotor für eine elektrische Maschine.
- 2 veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vollvergießen des Rotors aus 1 in einer Gussform.
- 3 veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vollvergießen des Rotors aus 1 in einem Gehäuse.
-
Der in 1 gezeigte Rotor 100 weist eine Rotorwelle 110, die als Hohlwelle ausgebildet ist, und einen Rotorkörper 120 mit einer Rotorwicklung 130 auf. Die Rotorwicklung 130 umfasst mehrere Wickelabschnitte, die um die Rotorwelle 110 herum angeordnet sind. Für den Rotor 100 ist aus den o. g. Gründen ein Vollverguss vorgesehen, sodass die im Rotorkörper 120 vorhandenen Hohlräume mit einer Vergussmasse, wie z. B. einem duroplastischen Harz, ausgefüllt werden.
-
Für den Verguss wird der Rotor 100 zusammen mit mehreren Verdrängungskörpern 200 in einer Gussform 300 angeordnet, wie in 2 gezeigt. Die Verdrängungskörper 200 sind sternartig im Rotorkörper 120 um die Rotorwelle 110 herum angeordnet, wie in 1 angedeutet. Die Gussform 300 weist einen Mantel 310 und einen Boden (Gussformboden) 320 auf. Der Rotor 100 und die länglich ausgebildeten Verdrängungskörper 200 sind stehend, d. h. axial vertikal, in der Gussform 300 ausgerichtet, wobei sich die Verdrängungskörper 200 über die gesamte axiale Länge des Rotorkörpers 120 erstrecken. In der gezeigten Ausführungsmöglichkeit weisen zwei der Verdrängungskörper 200 einen in axialer Richtung durchgängigen Kanal 210, der als Bohrung ausgebildet ist, auf.
-
Beim Befüllen der Gussform 300 wird die verwendete Vergussmasse von oben gleichzeitig durch die beiden Kanäle 210 in den unteren Bereich 330 am Boden 320 der Gussform 300 (Gussformbodenbereich) eingeleitet, wie durch die abwärts gerichteten Pfeile veranschaulicht. Die Vergussmasse 300 verteilt sich in diesem unteren Bereich 330 und steigt dann auf, wie durch die aufwärtsgerichteten Pfeile veranschaulicht, wobei die im Rotor 100 bzw. Rotorkörper 120 vorhandenen Hohlräume weitgehend fehlerstellenfrei mit der Vergussmasse ausgefüllt werden. Die Gussform 300 mit dem darin angeordneten Rotor 100 wird also von unten mit der Vergussmasse befüllt (steigende Formfüllung), wobei die Zuführung der Vergussmasse von oben durch die mit einem Kanal 210 ausgebildeten Verdrängungskörper 200 hindurch erfolgt. Der Boden 320 kann Mittel aufweisen, wie bspw. einen ringartigen Verteilungskanal, die im unteren Bereich 330 der Gussform 300 eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen
-
Bei dem in 3 veranschaulichten Verfahren wird anstatt einer Gussform, aus der der vergossene Rotor 100 nach dem Aushärten der Vergussmasse entformt werden kann, ein Gehäuse 400 verwendet, das zu einem Bestandteil des Rotors 100 wird, d. h., ein Entformen ist nicht vorgesehen. Das Gehäuse 400 weist eine dünne Hülse 410 auf, die bevorzugt mit einer Wandstärke von nur wenigen Zehntel Millimetern ausgebildet ist, einen oberen Ring 412, einen unteren Ring 414 und einen Boden (Gehäuseboden) 420. Der untere Ring 414 und der Boden 420 können als ein Gehäusebauteil ausgebildet sein. Der Boden 420 kann Mittel aufweisen, wie bspw. einen ringartigen Verteilungskanal, die im unteren Bereich 430 des Gehäuses 400 eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen.
-
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 102008027758 B4 [0003, 0011, 0013, 0014]
- DE 102007030963 A1 [0004, 0010]
