DE102021211748A1

DE102021211748A1 - Blechlaminateinheit und Verfahren zur Herstellung einer Blechlaminateinheit

Info

Publication number: DE102021211748A1
Application number: DE102021211748.1A
Authority: DE
Inventors: Magnus Reichert; Patricia Modl; Florian Haßler
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-04-20
Also published as: WO2023066711A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blechlaminateinheit (100), wobei die Blechlaminateinheit (100) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122); eine zwischen den Blechen (102, 112, 122) angeordnete Stützverbundschicht (104, 114) und eine die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit (100) begrenzende Stanzkante (150).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Blechlaminate, insbesondere von Elektroblechlaminaten, welche für den Zusammenbau von Rotoren und Statoren für elektrischen Maschinen erforderlich sind.
Elektrobleche werden für den Zusammenbau von Rotoren und Statoren von rotierenden elektrischen Maschinen verwendet. Durch die Verwendung von Blechlaminaten anstelle von Eisen-Vollmaterial werden die Wirbelstromverluste erheblich verringert. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Maschinen gesteigert. Unerwünschte Wirbelströme treten auch bei einer unvollständigen gegenseitigen Isolation der Elektrobleche in signifikantem Umfang auf.
Verfahren zur Herstellung eines Blechstapels sind aus der WO 2014/089593 A1 , der WO 2012/059588 A1 , der WO 2016/033630 A1 und der WO 2021/048175 A1 bekannt.
Aus der WO 2017/174215 A1 ist ein Feinstanzverfahren zum Stanzen von Metallteilen bekannt. Ein mehrlagiges Grundmaterial mit einer Anzahl von übereinanderliegenden Einzelschichten wird teilweise zwischen einem Stanzwerkzeug und einem Niederhalter und teilweise zwischen einem Stanzstempel und einem Gegenstempel angeordnet und eingespannt. Der Stanzstempel und der Gegenstempel werden relativ zu dem Stanzwerkzeug und dem Niederhalter bewegt. Dabei werden mehrere Stanzteile geschnitten und vom mehrlagigen Grundmaterial abgetrennt.
Die Verbreitung von Elektromotoren in Antriebssystemen von Fahrzeugen nimmt schnell zu. Es besteht ein großes Bedürfnis, Elektromotoren mit hohen Wirkungsgraden schnell und mit geringem Aufwand bereitzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, effiziente elektrische Maschinen und deren Vorprodukte bereitzustellen und diese zugleich in einer Form bereitzustellen, die mit einem einfachen Herstellungsverfahren schnell erzeugt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Als Bleche kommen alle Bleche in Betracht, mit denen sich ein Blechlaminat herstellen lässt, das für den Aufbau eines Rotors oder eines Stators verwendbar ist. Die Bleche sind beispielsweise Elektrobleche, insbesondere umfassend eine Eisen-Silizium-Legierung. Günstig kann es sein, wenn die Bleche durch Kaltwalzen und anschließendes Glühen hergestellt sind.
Die Blechdicke ist nicht begrenzt. Bevorzugte Bleche sind je mindestens 0,03 mm, insbesondere je mindestens 0,06 mm, z.B. je mindestens 0,10 mm dick. Bevorzugte Bleche sind je höchstens 0,60 mm, insbesondere je höchstens 0,50 mm, z.B. je höchstens 0,35 mm dick. Besonders bevorzugte Bleche sind je 0,03 bis 0,60 mm, insbesondere je 0,06 bis 0,50 mm, z.B. je 0,10 bis 0,35 mm dick.
Die Dehngrenze der Bleche kann je z.B. im Bereich von 300 bis 500 MPa betragen. Die angegebenen Werte beziehen sich auf die 0,2 % Dehngrenze, gemessen nach DIN EN ISO 6892-1.
Die Zugfestigkeit der Bleche kann je z.B. im Bereich von 440 bis 590 MPa betragen. Sie wird gemäß DIN EN ISO 6892-1 bestimmt.
Die Bleche sind gegeneinander elektrisch isoliert. Die zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht selbst kann eine elektrisch isolierende Stützverbundschicht sein. Die Bleche können gegeneinander also durch die Stützverbundschicht elektrisch isoliert sein.
Mit „elektrisch gegeneinander isoliert“ ist nicht eine in der Praxis nicht erreichbare vollständige elektrische Isolation gemeint, sondern ein Grad der elektrischen Isolation, der sich an dem orientiert, was im technischen Gebiet der Elektroblechlaminate unter einer elektrischen Isolation von Elektroblechen im Hinblick auf übliche Betriebsspannungen verstanden wird.
Es kann aber auch eine Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, an mindestens einer der Oberflächen der Bleche angebracht sein. Derartige, aus Backlack gebildete Isolierschichten sind in Blechlaminaten für Rotoren und Statoren von Elektromotoren üblich und dem Fachmann bekannt. Die Bleche können gegeneinander also durch die Isolierschicht elektrisch isoliert sein. Die Isolierschicht kann z.B. ein Isolierlack der Güte C5 oder C3 sein. Die Isolierschicht eröffnet die Möglichkeit, das Material der Stützverbundschicht losgelöst von dessen elektrischer Leitfähigkeit zu wählen. Zusätzlich kann die Isolierschicht eine haftvermittelnde Wirkung entfalten. Die Isolierschicht kann die Bleche z.B. beim Transport zum Ort der Herstellung der Blechlaminate vor Korrosion schützen.
Die Blechlaminateinheit umfasst zwei Bleche. Sie kann also aus zwei oder mehr Blechen aufgebaut sein. Bevorzugt ist die Blechlaminateinheit aus 2 bis 20 Blechen aufgebaut, insbesondere aus 2 bis 12 Blechen, besonders bevorzugt aus 2 bis 8 Blechen, z.B. aus 2 bis 4 Blechen.
Ist die Blechlaminateinheit aus mehr als zwei Blechen aufgebaut, sind alle im Schichtaufbau zueinander benachbarten Bleche bevorzugt jeweils elektrisch gegeneinander isoliert.
Ist die Blechlaminateinheit aus mehr als zwei Blechen aufgebaut, ist bevorzugt je eine Stützverbundschicht zwischen im Schichtaufbau zueinander benachbarte Blechen angeordnet.
Die Dicke der Stützverbundschicht ist nicht begrenzt. Bevorzugt beträgt sie mindestens 1,0 µm, insbesondere mindestens 2,5 µm, z.B. mindestens 4 µm.
Geringere Dicken können unerwünschte elektrische Kontakte zwischen Blechen an Stanzkanten begünstigen. Die hier angegebenen Mindestdicken können also letzten Endes den Wirkungsgrad elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Blechlaminateinheiten gefertigt sind, steigern.
Die Dicke der Stützverbundschicht beträgt bevorzugt höchstens 25 µm, insbesondere höchstens 16 µm, z.B. höchstens 10 µm. Größere Dicken führen zu einem gesteigerten Anteil an Stützverbundschicht(en) an der Gesamtdicke der Blechlaminateinheit. Dies Einhaltung der hier angegebenen Maximaldicken kann letzten Endes die Leistungsdichte elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der Blechlaminateinheiten gefertigt sind, steigern.
Die Dicke der Stützverbundschicht kann 1,0 bis 25 µm, insbesondere 2,5 bis 16 µm, z.B. 4 bis 10 µm betragen. Dies kann im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Leistungsdichte elektrischer Maschinen, die unter Verwendung der Blechlaminateinheiten gefertigt sind, ein Optimum darstellen.
Die Dicke der Stützverbundschicht kann bei bestimmten Blechlaminateinheiten 0,5 bis 15 % der Blechdicke, z.B. 1 bis 10 % der Blechdicke der Bleche betragen, zwischen denen die Stützverbundschicht angeordnet ist.
Die Angaben zu absoluten und relativen Dicken der Stützverbundschicht gelten so bevorzugt auch für mindestens eine andere Schutzschicht oder alle anderen Schutzschichten, wenn in der Blechlaminateinheit mehrere Stützverbundschichten vorliegen.
Die Dicke von bekannten Isolierschichten, z.B. Backlackschichten, ist deutlich geringer. Deren Dicke kann z.B. 0,5 bis 5,0 µm, z.B. 1 µm bis 4,5 µm betragen. Sie kann aber bei bestimmten Isolierschichten z.B. 0,5 bis 2,0 µm, bevorzugt höchstens 1 µm betragen. Deren Dicke kann z.B. 0,15 bis 5% , z.B. 0,15 bis 2% der Dicke des Blechs betragen, an dessen Oberfläche die Isolierschicht angebracht ist.
Beispielsweise kann eine Dicke einer Stützverbundschicht mehr als 4 µm und die Dicke einer Isolierschicht höchstens 4 µm betragen.
Angaben zu Dicken von Schichten beziehen sich auf die Dicke im Blechlaminat in einem von der nachfolgend näher beschriebenen Stanzkante abgesetzten Bereich, also in einem Bereich, in dem die Schichtdicke nicht durch beim Stanzen wirkende Kräfte verfälscht und/oder verändert ist.
Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit ist durch eine Stanzkante begrenzt. Bevorzugt ist die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit durch die Stanzkante ringsum begrenzt. Das bedeutet, dass die Stanzkante um die Blechlaminateinheit herum verläuft.
Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit kann durch eine zweite Stanzkante begrenzt sein.
Die Flächenausdehnung einer bevorzugten Blechlaminateinheit ist durch eine erste Stanzkante ringsum nach außen und durch eine zweite Stanzkante ringsum nach innen begrenzt. Derartige Blechlaminateinheiten werden z.B. erhalten, wenn in einem ersten Stanzverarbeitungsschritt aus einem Blechlaminat eine durch eine erste Stanzkante ringsum nach außen begrenzte Blechlaminateinheit hergestellt und davon in einem zweiten Stanzverarbeitungsschritt ein (zentraler) Teilbereich entfernt wird.
Dies kann auch in einem Stanzverarbeitungsschritt geschehen, z.B. wenn ein Blockschnittwerkzeug und eine Platine statt eines Wickels aus Blechband (Coil) verwendet wird. Die Platine wird in das Blockschnittwerkzeug eingelegt und in einem Hub die gesamte Geometrie gestanzt.
Die Stützverbundschicht kann ein Kunstharz umfassen, bevorzugt ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Melaminharz, ein Silikonharz, ein Organo-Silikonharz oder ein Acrylharz; z.B. ein Phenolharz, ein Epoxidharz, ein Melaminharz oder ein Acrylharz. Bestimmte Acrylharze können den Nachteil haben, dass sie nicht vollflächig applizierbar sind.
Die Shorehärte der Stützverbundschicht kann 10 bis 100 Shore A betragen, z.B. 10 bis 60 Shore A. Gemessen wird die Shore-Härte an einer speziellen Probe. Hierbei wird das Stützverbundmaterial in solch einer Schichtstärke getrocknet/vulkanisiert, dass eine Dicke erreicht wird, bei welcher normgerecht und ohne Einfluss des Substrats gemessen werden kann.
Die Rollenschälfestigkeit (DIN EN 1464) der Stützverbundschicht beträgt bevorzugt mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm, beträgt.
Die Rollenschälfestigkeit in der Einheit N/mm kann mindestens der doppelten, insbesondere mindestens der dreifachen, z.B. mindestens der vierfachen, in der Einheit mm gemessenen Dicke des zur Stützverbundschicht nächstliegenden Blechs entsprechen. Ist das Blech beispielsweise 0,2 mm dick, kann die Rollenschälfestigkeit also mindestens 0,4 N/mm, insbesondere mindestens 0,6 N/mm, z.B. mindestens 0,8 N/mm betragen. Ist das Blech beispielsweise 0,35 mm dick, kann die Rollenschälfestigkeit also mindestens 0,7 N/mm, insbesondere mindestens 1,05 N/mm betragen, z.B. mindestens 1,4 N/mm betragen. Die gilt insbesondere, wenn das Blech ein Elektroblech ist, das eine Eisen-Silizium-Legierung umfasst, und/oder wenn das Elektroblech durch Kaltwalzen und anschließendes Glühen hergestellt ist.
Die Zugscherfestigkeit der Stützverbundschicht kann z.B. mindestens 3 N/mm, bevorzugt mindestens 4 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 5 N/mm, betragen.
Eine bevorzugte Blechlaminateinheit erzielt eine elektrische Isolation der Bleche durch Einhaltung der nachfolgenden Gleichung (I) auch über die Stanzkante hinweg in einem Randbereich der Blechlaminateinheit: $a = ρ 1 / ρ 2$
In dieser Gleichung ist p1 der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit. p2 ist der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit.
Der Quotient a beträgt mindestens 0,001, bevorzugt mindestens 0,005, besonders bevorzugt mindestens 0,01, z.B. mindestens 0,02. Er kann auch mindestens 0,05, weiterhin bevorzugt mindestens 0,15 oder z.B. mindestens 0,30 betragen.
Die Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem Randbereich der Blechlaminateinheit ist eine Möglichkeit, das Ausmaß unerwünschter elektrischer Kontakte zwischen Blechen an der Stanzkante zu quantifizieren. Je geringer solche elektrischen Kontakte zwischen Blechen an der Stanzkante ausgeprägt sind, desto höher ist der apparente spezifische Widerstand in dem Randbereich.
Zur Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem Randbereich der Blechlaminateinheit trennt man von der Blechlaminateinheit am Randbereich ein Randstück so ab, dass die Fläche des abgetrennten Randstücks einen Quadratzentimeter beträgt und dass die Stanzkante einen Zentimeter des Rands des abgetrennten Randstücks einnimmt.
Zur Messung des apparenten spezifischen Widerstands in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit trennt man ein von der Stanzkante abgesetztes, einen Quadratzentimeter großes Vergleichsstück aus der Blechlaminateinheit heraus.
Die elektrischen Widerstände des Randstücks und des Vergleichsstücks werden in Dickenrichtung, d.h. orthogonal zu den Blechebenen, gemessen. Aus den elektrischen Widerständen werden die apparenten spezifischen Widerstände in der üblichen Weise unter Berücksichtigung der Dicke der Stücke und der jeweils einen Quadratzentimeter betragenden Fläche berechnet.
Der Quotient a wird gemäß Gleichung (I) aus dem für das Randstück ermittelten, apparenten spezifischen Widerstand p1 und dem für das Vergleichsstück ermittelten, apparenten spezifischen Widerstand p2 berechnet. Wenn die Dicke von Randstück und Vergleichsstück annähernd gleich ist, kann der Quotient a auch direkt aus den beiden gemessenen elektrischen Widerständen berechnet werden.
Der Begriff „apparent“ wird im Zusammenhang mit den spezifischen elektrischen Widerständen verwendet, da insbesondere an der Stanzkante des Randstücks unerwünschte elektrische Kontakte bestehen können. Über diese fließt punktuell elektrischer Strom. Der Begriff „apparent“ bringt die damit einhergehenden Inhomogenitäten zum Ausdruck.
Beim Abtrennen des Randstücks und des vom Rand abgesetzten Vergleichsstücks ist selbstverständlich darauf zu achten, dass an den dabei gebildeten (Schnitt)kanten keine (zusätzlichen) elektrischen Kontakte zwischen Blechen entstehen. Das Abtrennen von Randstück und Vergleichsstück kann z.B. durch Wasserstrahlschnitt erfolgen.
Bei einer bevorzugten Blechlaminateinheit beträgt ein erster Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem Randbereich der Blechlaminateinheit mindestens 20 %, insbesondere mindestens 30%, besonders bevorzugt mindestens 50%, z.B. mindestens 60 %, eines zweiten Massenanteils an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. Dies bedeutet, dass Material der Stützverbundschicht und ggf. zwischen den Blechen vorhandenes anderweitiges Material beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in großem Umfang in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante abgesetzt sind.
Der erste Massenanteil lässt sich aus dem oben beschriebenen Randstück bestimmten. Die Masse des Randstücks wird bestimmt, anschließend werden die Bleche des Randstücks voneinander getrennt, die von Blech verschiedenen Materialanteile entfernt und die zurückgebliebenen Blechanteile erneut gewogen. Man subtrahiert die Masse der zurückgebliebenen Blechanteile von der Masse des Randstücks und berechnet den ersten Massenanteil indem man das Ergebnis der Subtraktion durch die Masse des Randstücks teilt.
Der zweite Massenanteil lässt sich in derselben Weise aus dem oben beschriebenen Vergleichsstück bestimmen.
Bei dem von Blech verschiedenen Material kann es sich um Material der Stützverbundschicht(en) handeln und, wenn vorhanden, z.B. auch um Material der Isolierschicht(en).
Bevorzugt beträgt ein Blechabstand d1 zwischen den Blechen an der Stanzkante mindestens 10 %, insbesondere mindestens 20 %, weiterhin bevorzugt mindestens 30 %, besonders bevorzugt mindestens 45 %, z.B. mindestens 60 %, eines Blechabstands d2 in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. Auch dies bedeutet, dass Material der Stützverbundschicht und ggf. zwischen den Blechen vorhandenes anderweitiges Material beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in großem Umfang in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante abgesetzt sind.
Der hier genannten Abstände können z.B. in einem Schliff ermittelt werden.
Die Dicke t1 der Blechlaminateinheit an der Stanzkante kann bevorzugt mindestens 90 %, insbesondere mindestens 100 %, z.B. mindestens 105 % der Summe der Dicken der Bleche in einem von der Stanzkante abgesetzten Bereich entsprechen. Die Dicke t1 kann stattdessen oder zusätzlich höchstens 110 %, insbesondere höchstens 100 %, z.B. höchstens 95 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich betragen.
Die hier genannten Dicken können z.B. in einem Schliff ermittelt werden.
Erfindungsgemäß sind Kanteneinzug und Gratbildung der Blechenden an der Stanzkante relativ gering.
Der Grat eines Blechs ist vorzugsweise höchstens 0,08 mm, insbesondere höchstens 0,05 mm, z.B. höchstens 0,035 mm hoch. Die Höhe des Grats wird orthogonal zur Blechoberfläche und bis zu der Blechoberfläche hin gemessen, von der der jeweilige Grat absteht.
Der Kanteneinzug eines Blechs beträgt vorzugsweise höchstens 0,14 mm, insbesondere höchstens 0,10 mm, z.B. höchstens 0,08 mm. Der Kanteneinzug wird orthogonal zur Blechoberfläche und von der Blechoberfläche aus gemessen, von der die jeweilige Kante eingezogen ist.
Zwischen dem Grat eines Blechs und der eingezogenen Kante des benachbarten Blechs ergibt sich ein gebogener Verlauf der Stützverbundschicht, denn die Stützverbundschicht vollzieht die sich beim Stanzen ergebenden Verformungen (Gratbildung und Kanteneinzug) zwangsläufig mit und isoliert dabei den Grat eines Blechendes vom benachbarten Blech.
Die Erfindung betrifft auch ein Blechlaminat zur Herstellung einer Blechlaminateinheit durch Stanzen. Das Blechlaminat umfasst Folgendes: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht. Die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht beträgt mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm.
Die Zugscherfestigkeit der Stützverbundschicht kann z.B. mindestens 3 N/mm, bevorzugt mindestens 4 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 5 N/mm, betragen.
Die Blechlaminateinheit und/oder das Blechlaminat kann an mindestens einer der Oberflächen der Bleche eine angebrachte Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, aufweisen. Die Isolierschicht, z.B. Backlackschicht, ist bevorzugt anders zusammengesetzt als die Stützverbundschicht.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zur Herstellung einer Blechlaminateinheit.
Überraschend wurde gefunden, dass eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit aus einem erfindungsgemäßen Blechlaminat durch Stanzen ohne Gegenstempel hergestellt werden kann. Anders als die Lehre der WO 2017/174215 A1 vermuten lässt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Gegenstempel gestanzt werden.
Mit Gegenstempel müsste die Klemmung jeweils erst eingestellt werden, bevor gestanzt werden kann. Dies geht mit vergleichsweise langsamen Stanzgeschwindigkeiten einher.
Ohne Gegenstempel braucht vor dem Stanzen keine Einstellung einer Klemmung abgewartet zu werden. Es kann an Stelle von 50 Hub/min nun mit 200 Hub/min gestanzt werden.
Die Breite des Schneidspalts beträgt bevorzugt weniger als 20 %, insbesondere weniger als 12 %, z.B. weniger als 8 % der mittleren Dicke der Bleche des Blechlaminats.
Es wird vermutet, dass die hohe Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht dazu beiträgt, dass ohne Gegenstempel eine Stanzkante im Wesentlichen ohne Ausbildung unerwünschter elektrischer Kontakte zwischen den Blechen erhalten wird. Typische Backlacke sind recht spröde und können somit der Bewegung des Bleches nicht folgen. Es wird vermutet, dass durch eine gesteigerte Adhäsion innerhalb er Stützverbundschicht ein gewisses Maß an Verformung ertragen werden kann, bevor es zum Abriss kommt.
Die Erfindung betrifft auch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Blechlaminateinheit.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat zur Erzielung eines weniger ungleichmäßigen Kantenverzugs der einzelnen Bleche des Blechlaminats an einer Stanzkante.
Es wurde gefunden, dass mit Klebstoffen ein gleichmäßiger Kantenverzug erzielt werden kann. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Kraftübertragung während des Schneidens im Stanzwerkzeug durch den Klebstoff von einem Blech direkt auf das nächste Blech übertragen wird, ohne dass die Stanzkanten der einzelnen Bleche stark gegeneinander verrutschen könnten. So scheint sich ein Kanteneinzug eines früher durchschnittenen Blechs je über den dabei entstehenden Grat auf das jeweils nächste Blech zu übertragen.
Der Klebstoff ist bevorzugt ein Klebstoff der zu einer Stützverbundschicht ausgehärtet werden kann, deren Rollenschälfestigkeit mindestens 1,1 N/mm, insbesondere mindestens 1.7 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, z.B. mindestens 3,0 N/mm beträgt. Gängige Backlacke erreichen solch hohe Rollenschälfestigkeiten nicht.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat zur wenigstens teilweisen Vermeidung der Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen des Blechlaminats an einer Stanzkante.
Es wurde gefunden, dass mit Klebstoffen ergänzend zu oder an Stelle von gängigen Backlacken eine verringerte Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen des Blechlaminats auch an Stanzkanten erzielt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer Stanzvorrichtung ohne Gegenstempel zum Stanzen einer Blechlaminateinheit aus einem Blechlaminat.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Rotorpaket oder ein Statorpaket, wobei das Rotorpaket oder das Statorpaket mindestens eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator eine erfindungsgemäße Blechlaminateinheit umfasst.
Merkmale der Erfindung, die in Verbindung mit einem Gegenstand der Erfindung beschrieben sind, also insbesondere in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Blechlaminateinheit oder dem erfindungsgemäßen Blechlaminat, dem erfindungsgemäßen Verfahren, oder den erfindungsgemäßen Verwendungen, gelten vorzugsweise ebenso für jeden anderen Gegenstand der Erfindung.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 einen vergrößert dargestellten Ausschnitt eines Schnitts durch eine Blechlaminateinheit;
2 eine stärker vergrößerte Darstellung des Bereichs der Stanzkante der in 1 gezeigten Blechlaminateinheit;
3 eine schematische vergrößerte Darstellung des Endes eines Blechs einer Blechlaminateinheit;
4 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines ersten Blechlaminats bzw. einer ersten Blechlaminateinheit;
5 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines zweiten Blechlaminats bzw. einer zweiten Blechlaminateinheit;
6 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Blechlaminats;
7 eine schematische Darstellung einer Feinstanzvorrichtung mit Gegenstempel;
8 eine schematische Darstellung einer Stanzvorrichtung ohne Gegenstempel.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 und 2 ist ein Schnitt einer Blechlaminateinheit gezeigt. Die hier gezeigte Blechlaminateinheit umfasst drei Bleche 102, 112 und 122. Zwischen den Blechen 102 und 112 ist eine elektrisch isolierende Stützverbundschicht 104 angeordnet. Zwischen den Blechen 112 und 122 ist eine weitere elektrisch isolierende Stützverbundschicht 114 angeordnet. Die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit 100 ist durch die Stanzkante 150 ringsum begrenzt, wobei in 1 und 2 selbstverständlich nur der Teil der Stanzkante 150 zu sehen ist, der in die Ebene des gefertigten Schliffs fällt.
Die beiden elektrisch isolierenden Stützverbundschichten 104 und 114 umfassen jeweils ein Kunstharz. Die Rollenschälfestigkeit der elektrisch isolierende Stützverbundschichten 104 und 114 beträgt je mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm.
Insbesondere in der vergrößerten Darstellung der 2 ist gut zu erkennen, dass z.B. ein mit einem Doppelpfeil angedeuteter Blechabstand d1 zwischen den Blechen 102 und 112 an der Stanzkante 150 im Wesentlichen genauso groß ist, wie der ebenfalls mit einem Doppelpfeil angedeutete Blechabstand d2 in einem von der Stanzkante 150 abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit 100. Ähnliches gilt für Blechabstände zwischen den Blechen 112 und 122, wobei diese in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht angedeutet sind.
Die deutliche gegenseitige Beabstandung benachbarter Bleche auch an der Stanzkante 150 vermeidet unerwünschte elektrische Kontakte zwischen benachbarten Blechen, die nach weiterer Verarbeitung zu Rotoren und/oder Statoren beim Betrieb eines Elektromotors zu unerwünschten Wirbelströmen führen würden. Die hier gezeigte Blechlaminateinheit 100 erzielt eine elektrische Isolation der Bleche also auch über die Stanzkante 150 hinweg. Dabei wird die nachfolgende Gleichung (I) in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) eingehalten: $a = ρ 1 / ρ 2$
p1 ist der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit. p2 ist der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit. In dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist a annähernd 1. Die Isolationswirkung ist an der Stanzkante vom Stanzvorgang im Wesentlichen unbeeinflusst, da auch dort die benachbarten Bleche einen deutlichen Abstand einhalten.
Die deutliche gegenseitige Beabstandung benachbarter Bleche auch an der Stanzkante dürfte auch darauf zurückzuführen sein, dass Material der Stützverbundschicht 104, 114 beim Stanzen (und dem damit einhergehenden hohen Druck) nicht in Bereiche verdrängt wurde, die von der Stanzkante 150 abgesetzt sind. Der Massenanteil an von Blech verschiedenem Material ist also in einem Randbereich der in 1 und 2 gezeigten Blechlaminateinheit 100 im Wesentlichen gleich zum Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante 150 abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit.
2 zeigt, dass die Dicke t1 der Blechlaminateinheit 100 an der Stanzkante 150 etwa 108 % der Summe der Dicken t102, t112 und t122 der Bleche 102, 112, 122 in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt. 2 zeigt auch, dass die Dicke t1 der Blechlaminateinheit 100 an der Stanzkante 150 etwa 91 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt.
Wie 2 außerdem zeigt, ist die Stanzkante 150 so beschaffen, dass sich ein gebogener Verlauf der Stützverbundschichten 104 und 114 zur Stanzkante 150 hin ergibt.
Aus 2 und insbesondere der schematischen 3 geht hervor, dass auch Bleche 102, 112 und 122 an der Stanzkante 150 jeweils einen Kanteneinzug KE-102, KE-112, bzw. KE-122 und einen Grat G-102, G-112 bzw. G-122 aufweisen. Allerdings scheinen die Blechlaminate 200 sich mit vergleichsweise geringem Kanteneinzug und geringer Gratbildung stanzen zu lassen.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines ersten Blechlaminats 200 bzw. einer ersten Blechlaminateinheit 100. Die hier gezeigte Ausführungsform umfasst zwei Bleche 102 und 112, und eine zwischen den Blechen angeordnete, elektrisch isolierende Stützverbundschicht 104. Isolierschichten 106 und 108 sind an den Oberflächen des Blechs 102 und Isolierschichten 116 und 118 sind an den Oberflächen des Blechs 112 angebracht.
Bei den Isolierschichten handelt es sich jeweils um Backlackschichten. Diese sind anders zusammengesetzt, als die Stützverbundschicht 104.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus eines zweiten Blechlaminats 200 bzw. einer zweiten Blechlaminateinheit 100. Im Vergleich zum Schichtaufbau gemäß 4 umfasst die in 5 gezeigte Ausführungsform ein drittes Blech 122, das über eine zweite elektrisch isolierende Stützverbundschicht 114 angebracht ist. Isolierschichten 126 und 128 sind auch an den Oberflächen des Blechs 122 angebracht. Auch bei den Isolierschichten 126 und 128 handelt es sich um Backlackschichten, die anders zusammengesetzt sind, als die Stützverbundschichten 104 und 114.
Gemäß 6 kann zur Herstellung eines Blechlaminats zunächst ein (nicht gehärtetes) Vorläufermaterial der Stützverbundschichten 104 und 114 beidseitig auf die beiden Oberflächen eines Blechs 112 aufgebracht werden. Anschließend können Bleche 102 und 122 an diesen beiden Oberflächen angebracht und somit das Blechlaminat gebildet werden. Es kann Vorläufermaterial einer dritten Stützverbundschicht 124 auf eine der Oberflächen des gebildeten Blechlaminats aufgebracht werden und hierüber ein Schichtverbund zu einem weiteren, hier nicht gezeigten Blech oder Blechlaminat gebildet werden. An einer oder beiden Oberflächen der für die Herstellung verwendeten Bleche 102, 112 und 124 können als Isolierschichten z.B. Backlackschichten oder auch Isolierlackschichten der Güte C5 angebracht sein.
7 zeigt eine Stanzvorrichtung 160 in Form einer Feinstanzvorrichtung mit Stempel 170 und Gegenstempel 180. Es ist z.B. aus der WO 2017/174215 A1 bekannt, ein mehrlagiges Grundmaterial in einer derartigen Feinstanzvorrichtung zu verarbeiten. Das Grundmaterial wird teilweise zwischen einem Stanzwerkzeug und einem Niederhalter und teilweise zwischen einem Stanzstempel 170 und einem Gegenstempel 180 angeordnet und eingespannt. Der Stanzstempel 170 und der Gegenstempel 180 werden relativ zu dem Stanzwerkzeug und dem Niederhalter bewegt. Dabei werden mehrere Stanzteile geschnitten und vom mehrschichtigen Grundmaterial abgetrennt.
8 zeigt eine Stanzvorrichtung 160. Damit lässt sich das Verfahren zur Herstellung der Blechlaminateinheit 100 besonders effizient durchführen. Aus einem Blechlaminat 200 umfassend drei Bleche und hier nicht gezeigte elektrisch isolierende Stützverbundschichten zwischen den Blechen, wird die Blechlaminateinheit 100 durch Stanzen hergestellt. Das Stanzen erfolgt ohne Gegenstempel 180. Hier ist nicht dargestellt, dass die Breite des Schneidspalts bevorzugt weniger als 20 %, z.B. weniger als 8 %, der mittleren Dicke der Bleche des Blechlaminats beträgt. Die Rollenschälfestigkeit der elektrisch isolierende Stützverbundschichten beträgt dabei mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm.
Bezugszeichenliste

100: Blechlaminateinheit
102: Blech
104: Stützverbundschicht
106: Isolierschicht
108: Isolierschicht
112: Blech
114: Stützverbundschicht
116: Isolierschicht
118: Isolierschicht
122: Blech
124: Stützverbundschicht
126: Isolierschicht
128: Isolierschicht
150: Stanzkante
160: Stanzvorrichtung
170: Stempel
180: Gegenstempel
200: Blechlaminat

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

WO 2014/089593 A1 [0003]
WO 2012/059588 A1 [0003]
WO 2016/033630 A1 [0003]
WO 2021/048175 A1 [0003]
WO 2017/174215 A1 [0004, 0062, 0093]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6892-1 [0010, 0011]

Claims

Blechlaminateinheit (100), wobei die Blechlaminateinheit (100) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122); eine zwischen den Blechen (102, 112, 122) angeordnete Stützverbundschicht (104, 114) und eine die Flächenausdehnung der Blechlaminateinheit (100) begrenzende Stanzkante (150).
Blechlaminateinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützverbundschicht (104, 114) ein Kunstharz umfasst.
Blechlaminateinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt.
Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechlaminateinheit (100) eine elektrische Isolation der Bleche durch Einhaltung der nachfolgenden Gleichung (I) auch über die Stanzkante (150) hinweg in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) erzielt: $a = ρ 1 / ρ 2$
worin p1 der apparente spezifische Widerstand in einem Randbereich der Blechlaminateinheit ist, p2 der apparente spezifische Widerstand in einem vom Randbereich abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit ist, und a mindestens 0,001, z.B. mindestens 0,02, beträgt.
Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Massenanteil an von Blech verschiedenem Material in einem Randbereich der Blechlaminateinheit (100) mindestens 20 %, z.B. mindestens 60 %, eines zweiten Massenanteils an von Blech verschiedenem Material in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit (100) beträgt.
Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Blechabstand d1 zwischen den Blechen (102, 112, 122) an der Stanzkante (150) mindestens 10 %, z.B. mindestens 60 %, eines Blechabstands d2 in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich der Blechlaminateinheit (100) beträgt.
Blechlaminateinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stanzkante (150) so beschaffen ist, dass die Dicke t1 der Blechlaminateinheit (100) an der Stanzkante (150) mindestens 90 % der Summe der Dicken (t102, t112, t122) der Bleche (102, 112, 122) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich entspricht und höchstens 110 % der Dicke t2 der Blechlaminateinheit (100) in einem von der Stanzkante (150) abgesetzten Bereich beträgt.
Blechlaminat (200) zur Herstellung einer Blechlaminateinheit (100) durch Stanzen, wobei das Blechlaminat (200) Folgendes umfasst: zwei elektrisch gegeneinander isolierte Bleche (102, 112, 122) und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht (104, 114), wobei die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt.
Blechlaminateinheit (100) oder Blechlaminat (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht (106, 108, 116, 118, 126, 128), z.B. Backlackschicht, an mindestens einer der Oberflächen der Bleche (102, 112, 122), wobei die Isolierschicht (106, 108, 116, 118, 126, 128), z.B. Backlackschicht, anders zusammengesetzt ist, als die Stützverbundschicht (104, 114).
Verfahren zur Herstellung einer Blechlaminateinheit (100), wobei aus einem Blechlaminat (200), umfassend: zwei Bleche (102, 112, 122) und eine zwischen den Blechen angeordnete Stützverbundschicht (104, 114), eine Blechlaminateinheit (100) durch Stanzen ohne Gegenstempel (180) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Breite des Schneidspalts weniger als 20 % einer mittleren Dicke der Bleche (102, 112, 122) des Blechlaminats beträgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Rollenschälfestigkeit der Stützverbundschicht (104, 114) mindestens 1,1 N/mm, besonders bevorzugt mindestens 2,5 N/mm, beträgt.
Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat (200) zur Erzielung eines weniger ungleichmäßigen Kantenverzugs der einzelnen Bleche (102, 112, 122) des Blechlaminats (200) an einer Stanzkante (150).
Verwendung eines Klebstoffs in einem Blechlaminat (200) zur wenigstens teilweisen Vermeidung der Bildung elektrischer Kontakte zwischen elektrisch isolierten Blechen (102, 112, 122) des Blechlaminats an einer Stanzkante (150).