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Die Erfindung betrifft ein Polblech für einen elektrischen Pol einer elektrischen Maschine. Das Polblech weist einen Polzahnabschnitt und zwei einander gegenüberliegende Polschuhabschnitte, zwischen welchen der Polzahnabschnitt angeordnet ist, auf.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Polzahn für eine elektrische Maschine. Ebenfalls betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Polzahns.
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Elektrische Maschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen, können in unterschiedlichsten und anspruchsvollsten technischen Anwendungsgebieten verwendet werden. Beispielsweise kommen elektrische Maschinen eine zentrale Aufgabe in der Automobilindustrie, insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, zu.
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Besonders von Bedeutung ist der Einsatz von elektrischen Maschinen als Antriebsaggregat beziehungsweise als Traktionsmotor in Hybridfahrzeugen und/oder in Elektrofahrzeugen.
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Elektrische Maschinen bestehen vor allem aus einem Rotor und einem Stator. Hierbei kann der Stator aus einer Vielzahl von Einzelzähnen beziehungsweise Statorzähnen aufgebaut sein. Ein solcher Einzelzahn beziehungsweise Statorzahn besteht aus einem Polkern und zwei Polschuhen.
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Beispielweise zeigt die
DE 10 2021 002 941 A1 ein Polelement zum Bereitstellen eines elektrischen Pols einer Axialflussmaschine. Hierbei kann der Polkern des Stators aus einem Blechpaket hergestellt werden. Die beiden Polschuhe können in einem späteren Verarbeitungsschritt an den Polkern beispielsweise angeklebt werden.
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Des Weiteren zeigt beispielsweise die
DE 10 2019 000 663 A1 als auch die
EP 2 396 874 A1 elektrische Maschinen, welche Einzelzähne aufweisen, welche einen aus einer Blechpaketierung hergestellten Polkern und separat dazu angebrachte Polschuhe aufweisen.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2018 000 771 A1 eine Radialmaschine bekannt, welche Einzelzähne aufweist. Diese können aus einem Blechpaket gefertigt sein und dabei einen Polkern und dazu separat angebrachte Polschuhe aufweisen.
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Ein Nachteil im Stand der Technik ist vor allem der, dass der Polkern und die beiden Polschuhe eines Einzelzahns einer elektrischen Maschine in separaten Herstellungsprozessen hergestellt werden und anschließend beispielsweise zusammengeklebt beziehungsweise zusammengebracht werden.
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Daher ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung eines Einzelzahns, insbesondere für eine Axialflussmaschine, effizienter und insbesondere kostenreduzierter durchführen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Polblech, einen Polzahn, eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Sinnvolle Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Polblech für einen elektrischen Pol einer elektrischen Maschine, mit
- - einem Polzahn, und
- - zwei einander gegenüberliegenden Polabschnitte, zwischen welchen der Polzahnabschnitt angeordnet ist, wobei
- - der Polzahnabschnitt und die zwei Polschuhabschnitte als einteilige Einheit gebildet sind.
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Durch das erfindungsgemäße Polblech, mit welchem ein Polzahn beziehungsweise ein Polelement einer elektrischen Maschine gebildet werden kann, kann ein Polzahn beziehungsweise Statorzahn beziehungsweise Einzelzahn für eine elektrische Maschine effizienter und insbesondere besser hergestellt werden. Vor allem können hierbei Fertigungskosten beziehungsweise Herstellungskosten reduziert werden. Durch den als einteilige Einheit gebildeten Polzahnabschnitt und Polschuhabschnitt kann das Polblech in einem Herstellungsschritt beziehungsweise in einem Herstellungsprozessschritt aus einem Material beziehungsweise einem Werkstoff gleichzeitig hergestellt werden.
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Der Polzahnabschnitt kann beispielsweise ein Blechschnitt beziehungsweise ein anteiliger Schnitt eines Polzahns beziehungsweise eines Polzahnkerns beziehungsweise eines Polzahngrundkörpers sein. Bei den Polschuhabschnitten handelt es sich um einzelne Schnitte beziehungsweise Blechschnitte von Polschuhen.
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Durch das einteilig gebildete Polblech kann beispielsweise auf ein Verkleben der Polschuhabschnitte mit dem Polzahnabschnitt verzichtet werden. Somit kein eine durch das Verkleben entgehende Isolationsschicht oder eine Luftschicht verhindert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Polblech eine H-Form aufweist. Somit kann das Polblech H-förmig gebildet sein. Dies ergibt sich vor allem dadurch, dass der Polzahnabschnitt und die zweiten Polschuhe als einteilige beziehungsweise einstückige Einheit gebildet sind. Dementsprechend kann bei Betrachtung des Polblechs, welches insbesondere ein Polblechabschnitt eines Zahns einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Axialflussmaschine, sein kann, H-förmig ausgebildet sein. Diese H-Form hat den Vorteil, dass sowohl der Polzahnabschnitt beziehungsweise Polkernabschnitt als auch die seitlichen Ränder, also die gegenüberliegenden Polschuhabschnitte, einteilig gebildet werden können. Somit weist die Grundform des Polblechs beziehungsweise eines Blechschnitts eines Polzahns eine H-Form auf.
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Des Weiteren kann das Polblech neben der H-Form weitere Formen beziehungsweise andere geometrische Gestalten aufweisen. Insbesondere weist das Polelement eine solche Form auf, sodass der Polzahnabschnitt und die zwei Polschuhabschnitte als einteilige Einheit gebildet werden können.
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In einem Ausführungsbeispiel ist es weiterhin vorgesehen, dass in mindestens einem der Polschuhabschnitte und/oder in den Polzahnabschnitt ein Verbindungselement zum Verbinden mit einem benachbarten Polblech angeordnet ist. Dies kommt vor allem dann vorteilhaft zum Tragen, wenn aus einer Vielzahl von Polblechen ein Polzahn gebildet wird. Somit kann vor allem bei der Herstellung eines Polzahns und insbesondere bei einer Blechpaketierung die einzelnen Polbleche besser übereinander angeordnet beziehungsweise gestapelt werden. Somit dient ein solches Verbindungselement zur einfacheren Stapelung von mehreren Polblechen, insbesondere zur Bildung eines Polzahns beziehungsweise Einzelzahns. Insbesondere kann mit Hilfe des Verbindungselements eine formschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Polblechen, welche beispielsweise gestapelt wurden, hergestellt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Polblech als Elektroblech ausgebildet ist. Somit weist das Polblech als Werkstoff beziehungsweise als Material ein Elektroblech auf. Insbesondere sind sowohl der Polzahnabschnitt als auch die zwei gegenüberliegenden Polschuhe aus demselben Elektroblechgefertigt beziehungsweise gebildet. Bei dem Elektroblechkann es sich um einen Weichmagnetischen Werkstoff handeln.
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Insbesondere kann das Polblech aus einem SMC-Material („soft magnetic compounts“) ausgebildet ein. Bei einem solchen SMC-Material kann es sich beispielsweise um ein weichmagnetisches Material handeln, welches gute magnetische Eigenschaften aufweist.
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Zusätzlich oder stattdessen kann das Polblech eine spezielle Beschichtung, wie beispielsweise einen Backlack, aufweisen. Diese spezielle Beschichtung dient beispielsweise dazu, um mehrere gestapelte Polbleche zur Bildung eines BNs durch Erhitzen oder Lösemittel miteinander verbacken beziehungsweise verbinden zu können. Dies ermöglicht eine bessere mechanische Festigkeit des gebildeten Polzahns.
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Beispielsweise kann das Elektroblechaus einer Eisen-Silizium-Legierung bestehen. Des Weiteren kann das Elektroblech als Kobalt-Eisen-Blech oder als Mittel-Eisen-Blech ausgebildet sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Polzahn für eine elektrische Maschine, wobei der Polzahn aus einem Stapel von mehreren Polblechen gemäß dem vorhergehenden Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon gebildet ist. Die elektrische Maschine weist eine axiale und eine dazu senkrechte radiale Richtung auf, womit sich im bestimmungsgemäßen Betrieb des Polzahns als Bestandteil der elektrischen Maschine für den Polzahn eine Radialrichtung und eine Axialrichtung ergeben.
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Insbesondere kann der Polzahn mehrere übereinander gestapelte beziehungsweise übereinander angeordnete Polbleche aufweisen. Somit besteht der Polzahn aus einer Vielzahl von Polblechen, welche jeweils einteilig gebildet sind. Insbesondere kann ein Polblech gemäß dem vorherigen Aspekt dazu verwendet werden, um einen entsprechenden Polzahn bilden zu können. Somit weist der Polzahn eine Blech-Anordnung, also eine Stapelung von einzelnen Polblechen beziehungsweise Polblechabschnitten auf. Entsprechend weist der Polzahn in Schnittdarstellung jeweils ein entsprechendes, einteilig ausgebildetes Polblech auf.
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Falls nun ein solch gebildeter Polzahn Bestandteil einer elektrischen Maschine ist, also die elektrische Maschine beispielsweise aus einer Vielzahl von Polzähnen gebildet ist, kann die Radialrichtung und die Axialrichtung des Polzahns der axialen und radialen Richtung der elektrischen Maschine entsprechen.
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Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Polzahn als Einzelzahn für einen Rotor oder einen Stator verwendet werden. Dementsprechend kann zumindest der eine erfindungsgemäße Polzahn oder mehrere solcher Polzähne für elektrische Maschinen verwendet werden. Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Polzahn um einen Statorzahn eines Stators einer Axialflussmaschine handeln.
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Insbesondere kann der Polzahn durch Paketierung beziehungsweise Blechpaketierung einzelner Polbleche gemäß dem vorherigen Aspekt gebildet werden.
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Mittels es erfindungsgemäßen Polzahns kann vor allem eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, aufwandsminimierter und insbesondere kostenreduzierter hergestellt werden. Der Polzahn kann somit auf einfachste Art und Weise, insbesondere durch einen Prozessvorgang bezüglich der Paketierung der Polbleche, kostengünstig hergestellt werden.
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Dementsprechend weist der Polzahn durch den Stapel beziehungsweise die Stapelung der Polbleche einen jeweiligen Schnitt auf, welche beispielsweise eine H-Form der einteilig miteinander gebildeten Polschuhabschnitte und des Polzahnabschnitts aufweist. Entsprechend weist jede Blechlage beziehungsweise jedes Polblech des Polzahns eine einteilige Einheit auf und vor allem ist das jeweilige Polblech beziehungsweise eine jeweilige Blechlage des Polzahns aus ein und demselben Werkstoff, insbesondere in einem Verarbeitungsschritt, hergestellt.
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Insbesondere sind die aneinander gestapelten Polbleche in Radialrichtung nach außen hin aufeinandergestapelt beziehungsweise angeordnet. Dementsprechend erfolgt in Radialrichtung das Stapeln der einstückig ausgebildeten Polbleche zur Bildung des Polzahns.
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Mit Hilfe des Polzahns beziehungsweise einem Polelement kann ein elektrischer Pol der elektrischen Maschine, insbesondere einer Axialflussmaschine, bereitgestellt beziehungsweise geschaffen werden.
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Der Polzahn weist zwei einander gegenüberliegende Polschuhe auf, zwischen welchen eine durch den Polzahn zu tragende Wicklung angeordnet werden kann. Durch den Stapel an Polblechen werden also gleichzeitig ein Polzahngrundkörper beziehungsweise ein Polzahnkern und die beiden Polschuhe gebildet. Der Polzahngrundkörper kann also durch die aufeinander gestapelten Polzahnabschnitte gebildet werden. Die beiden Polschuhe können durch die jeweils aufeinander gestapelten Polschuhabschnitte gebildet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass eine Breite des Polzahns in der Axialrichtung konstant ist. Dementsprechend weist vor allem jeder Polzahn für die elektrische Maschine eine axial betrachtete konstante Weite beziehungsweise Breite auf. Dies ist vor allem für die magnetischen Eigenschaften der Polzähne und insbesondere für die magnetische Eigenschaft und insbesondere für die Effizienz der elektrischen Maschine vorteilhaft. Durch die mit der konstant ausgebildeten Breite gebildeten Polzähne kann beispielsweise ein magnetischer Fluss beziehungsweise eine magnetische Eigenschaft, vor allem im Betrieb der elektrischen Maschine, vorteilhaft gestaltet werden.
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Entsprechend ist eine jeweilige Breite des Polzahns bezüglich der Axialrichtung konstant beziehungsweise unverändert. Entsprechend kann wiederum jeder Polzahn der elektrischen Maschine die gleiche Breite aufweisen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts ist vorgesehen, dass der Stapel der Polbleche eine Keil-Form bildet, wobei sich eine Breite dieser gebildeten Keil-Form in radialer Richtung nach außen hin vergrößert. Dementsprechend weist der Stapel der Polbleche bezüglich der Radialrichtung nach außen hin eine fortlaufende Verbreiterung auf. Insbesondere ist die Keil-Form, also der Polzahn, in radialer Richtung nach innen betrachtet schmäler als in Radialrichtung nach außen hin betrachtet. Insbesondere kann der Stapel der Polbleche keilförmig sein oder eine anderweitige magnetisch vorteilhafte Form aufweisen. Durch die Keil-Form beziehungsweise eine entsprechend davon variable Form kann für den Polzahn eine verbesserte magnetische Eigenschaft bereitgestellt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel des weiteren Aspekts kann vorgesehen sein, dass in Bezug zur Radialrichtung an Endbereichen des Polzahns jeweils zwei axial zueinander beabstandete Blechstege angeordnet sind, wobei diese Blechstege in Radialrichtung betrachtet von einem jeweiligen äußersten Polblech des Stapels überstehen. Mithilfe der an den Endbereichen angebrachten beziehungsweise angeordneten Blechstege kann vor allem die zwischen den Polschuhen durch den Polzahn getragene Wicklung besser am Polzahn gehalten beziehungsweise aufgenommen werden. Somit kann vor allem die Wicklung nicht von dem Polzahn beispielsweise herunterrutschen beziehungsweise sich vom Polzahn wegbewegen.
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Somit können an den Endbereichen jeweils zwei axial, also in Axialrichtung betrachtet zueinander beabstandete Blechstege beziehungsweise Blechelemente beziehungsweise Blechrechtecke beziehungsweise Blechüberstände angebracht werden. Dies kann beispielsweise durch eine Paketierung insbesondere beim Herstellen des Polzahns durchgeführt werden. Somit weist der Polzahn an seinen beiden radialen, also in Radialrichtung betrachteten Endbereichen beziehungsweise Endabschnitten beziehungsweise Endseiten die jeweils zwei Blechstege auf. Durch die Blechstege an den jeweiligen radialen Endbereichen wird jeweils ein Abschluss des Polzahns in Radialrichtung geschaffen. Bezüglich des Stapels von Polblechen stehen diese Blechstege von dem jeweiligen äußersten Polblech, also den beiden äußersten Polblechen in Radialrichtung, ab beziehungsweise über. Somit weist der Polzahn an seinen radialen Endseiten beziehungsweise Endbereichen einen Abschluss beziehungsweise einen überstehenden Abschluss auf.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Axialflussmaschine, mit zumindest einem Polzahn nach dem vorherigen Aspekt oder einer vorteilhaften Weiterbildung. Insbesondere weist die elektrische Maschine eine Vielzahl von Polzähnen gemäß dem vorherigen Aspekt auf. Beispielsweise kann die elektrische Maschine einen Stator aufweisen, sodass dieser Stator eine Vielzahl von Polzähnen beziehungsweise Statorzähnen aufweist.
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Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Drei-Phasen-Wechselstrommaschine wie beispielsweise eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine handeln. Insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Drehstrommaschine, welche für einen elektrischen Traktionsantrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs verwendet werden kann. Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um eine Transversalflussmaschine handeln.
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Da die erfindungsgemäße elektrische Maschine vor allem in der Automobilindustrie Anwendung finden kann, kann die elektrische Maschine speziell als Axialflussmaschine ausgebildet sein. Eine solche Axialflussmaschine weist einen hohen Wirkungsgrad über einen großen Drehzahlbereich auf, was vor allem im Bereich der Fahrzeugtraktion vorteilhaft ist. Hierbei kann eine solche Axialflussmaschine einen beispielsweise scheibenförmigen Stator aufweisen, welcher aus einer Vielzahl von Polzähnen beziehungsweise Statorzähnen gebildet ist. Hierbei können die erfindungsgemäßen Polzähne beispielsweise aus einem Pulververbundwerkstoff hergestellt sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Polzahns nach einem der vorhergehenden Aspekte oder einer vorteilhaften Weiterbildung davon. Somit kann ein entsprechender Polzahn nach einem der vorhergehenden Aspekte mithilfe des soeben vorgeschlagenen Verfahrens hergestellt werden. Dabei können vor allem durch den Stapel von Polblechen gleichzeitig beide Polschuhe und ein Polzahngrundkörper des Polzahns gebildet werden. Somit wird durch das Stapeln der Polbleche beziehungsweise durch die Stapelung von Polblechen der vollständige beziehungsweise komplette Polzahn in einem Schritt, beispielsweise durch Blechpaketierung, hergestellt. Durch die einteilig beziehungsweise einstückig gebildeten Polbleche, welche zu einem Stapel beziehungsweise zu einem Blechstapel gebildet werden, kann gleichzeitig der Polzahnkern beziehungsweise der Polzahngrundkörper und die beiden Polschuhe gleichzeitig beziehungsweise synchron in einem Prozessverfahren beziehungsweise einem Prozessschritt hergestellt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung können als vorteilhafte Weiterbildungen eines anderen Aspekts und/oder aller anderen Aspekte angesehen werden. Dies gilt in umgekehrter Weise ebenfalls.
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Insbesondere kann das Polblech, der Polzahn und/oder die elektrische Maschine, insbesondere technische, Mittel aufweisen, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen beziehungsweise durchzuführen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Polblechs, und des Polzahns sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Maschine sowie des Verfahrens anzusehen. Ebenfalls können vorteilhafte Ausführungsformen der elektrischen Maschine beziehungsweise des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Polblechs und/oder des Polzahns angesehen werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). 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.
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Dabei zeigen die nachfolgenden Figuren in:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine;
- 2 eine schematische Darstellung eines Polzahns der elektrischen Maschine aus 1; und
- 3 eine weitere schematische Darstellung eines Polzahns der elektrischen Maschine aus 1.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine 1 dargestellt. Bei dieser elektrischen Maschine 1 kann es sich um eine Drehstrommaschine, insbesondere für den Einsatz in elektrisch betriebenen Fahrzeugen handeln. Weitere Arten beziehungsweise Typen von elektrischen Maschinen sind ebenfalls denkbare Ausführungsformen.
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Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise einen Stator und einen Rotor aufweisen. Insbesondere ist die elektrische Maschine 1 bezüglich einer Rotationsachse 2 drehbar. In Richtung der Rotationsachse 2, welche sich insbesondere durch den Mittelpunkt der elektrischen Maschine 1 erstreckt, kann eine Axialrichtung A vorgegeben sein. Somit erstreckt sich die Axialrichtung A entsprechend der Rotationsachse 2. Zu dieser Axialrichtung A weist die elektrische Maschine 1 eine dazu senkrechte Radialrichtung R auf.
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Des Weiteren kann die elektrische Maschine 1 eine Umfangsrichtung U aufweisen. Diese verläuft beispielsweise entsprechend dem Umfang der elektrischen Maschine 1 und insbesondere entsprechend dem Stator beziehungsweise Rotor.
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Die elektrische Maschine 1 kann beispielsweise einen Polzahn 3 aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Einzelzahn beziehungsweise um einen Statorzahn handeln. Der zumindest eine Polzahn 3 oder weitere Polzähne 4 können entsprechend in Umfangsrichtung U angeordnet, insbesondere ringförmig, angeordnet werden.
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In der 2 ist nun eine schematische Darstellung des Polzahns 3 dargestellt. Dabei wird hier eine Schnittdarstellung des Polzahns 3 beispielhaft dargestellt.
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Damit der Polzahn 3 möglichst kostengünstig und vor allem effizient hergestellt werden kann, vor allem in einem Herstellungsprozess, kann dieser aus einem Stapel von mehreren Polblechen 5 (vgl. 1) gebildet sein. Somit ist der Polzahn 3 aus mehreren und gestapelten Blechlagen beziehungsweise Elektroblechen gebildet. Des Weiteren entspricht in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Polzahns 3 als Bestandteil der elektrischen Maschine 1 für den Polzahn der gleiche Bezug bezüglich der Radialrichtung R und der Axialrichtung A.
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Im Nachfolgenden wird die besondere Ausgestaltung der Blechlagen 4 Blechlagen 5 an einer Blechlage 6 erläutert. Dies gilt für alle Blechlagen beziehungsweise Polbleche 5 des Polzahns 3.
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Das Polblech 6 weist einen Polzahnabschnitt 7 und zwei einander gegenüberliegende Polschuhabschnitte 8, zwischen welchen der Polzahnabschnitt 7 angeordnet ist, auf. Die Polschuhabschnitte 8 und der Polzahnabschnitt 7 können als einteilige beziehungsweise einstückige Einheit ausgebildet beziehungsweise gebildet werden. Somit kann das Polblech 6 als einstückiges Element beziehungsweise Einheit bezeichnet werden. Somit besteht der Polzahn 3 aus einer Anordnung von einteilig ausgebildeten beziehungsweise einstückig ausgebildeten Polblechen 5, 6.
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Wie als Beispiel in der 2 dargestellt, kann das Polblech 6 eine H-Form aufweisen. Dies kommt vor allem dadurch zustande, dass sowohl der Polzahnabschnitt 7 als auch die Polschuhabschnitte 8 als einteilige Einheit gebildet beziehungsweise als einteilige Einheit ausgebildet wurden.
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Vor allem können durch den Stapel von Polblechen 5, 6, insbesondere in einem Verarbeitungsschritt, gleichzeitig beide Polschuhe 9 (vgl. 3) und ein Polzahngrundkörper 10 (vgl. 3) gebildet werden. Durch die Aneinanderstapelung der Polbleche 5, 6 kann durch die aneinander gestapelten Polzahnabschnitte 7 der Polzahngrundkörper 10 beziehungsweise ein Polzahnkern gebildet werden. Durch die aneinander gestapelten beziehungsweise zueinander anliegend gestapelten Polschuhabschnitte 8 können die beiden Polschuhe 9, welche gegenüber anliegend zwischen dem Polzahngrundkörper 10 angeordnet sind, gebildet werden. Somit kann beispielsweise der Polzahn 3 der elektrischen Maschine 1 direkt ganz aus einer Bleckpaketierung hergestellt werden. Dies hat vor allem den Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, dass im Stand der Technik zunächst der Polzahngrundkörper 10 und anschließend die Polschuhe 9 hergestellt werden. Die Zusammenfügung erfolgt dort beispielsweise mittels Kleben.
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Beispielsweise kann jedes der Polbleche 5, 6 als Elektroblech ausgebildet sein. Somit bestehen die Polbleche 5, 6 beziehungsweise das Polblech 6 beispielsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff. In einem Ausführungsbeispiel kann das Polblech 6 aus einer Stapelung beziehungsweise einer aneinander anliegenden Anordnung von Blechlagen beziehungsweise Elektroblechen gebildet sein.
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Um nun die Blechlagen 5 besser, insbesondere passgenau, stapeln beziehungsweise aneinander anordnen zu können, kann in mindestens einem der Polabschnitte 8 und/oder in dem Polzahlenabschnitt 7 ein Verbindungselement 11 zum Verbinden mit einem benachbarten Polblech angeordnet werden. Somit können alle Polbleche 5 entsprechende Verbindungselemente 11 aufweisen, sodass vor allem eine passgenaue Übereinanderstapelung erreichbar ist. Somit kann das Polblech 6 verbindungsfördernde Anordnungshilfen und/oder Orientierungshilfen, wie seitliche Nuten zur Einrastung in der Kavität oder Erhebungen beziehungsweise Einbuchtungen. Vor allem kann es sich bei dem Verbindungselement 11 um Erhebungen beziehungsweise Einbuchtungen handeln. Diese können auf der Flächenseite der Blechlagen beziehungsweise des Polblechs 6 angeordnet sein. Das Verbindungselement 11 kann beispielsweise beim Stanzen durch Prägen bei der Herstellung des Polblechs hergestellt werden. Somit kann anhand des Verbindungselements 11 die Blechlagen beziehungsweise Polbleche 5 entsprechend dieses Verbindungselements 11 passend übereinandergestapelt werden. Mit Hilfe des Verbindungselements 11 beziehungsweise mehrerer Verbindungselemente können die Polbleche 5 formschlüssig miteinander verbunden werden.
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Beispielsweise kann an der Oberseite, welche sich in der Radialrichtung R nach außen erstreckt, zumindest ein erstes Verbindungselement 12 und an einer Unterseite, welche sich bezüglich der Radialrichtung R nach innen erstreckt, zumindest ein zum ersten Verbindungselement 12 korrespondierendes zweites Verbindungselement 13 angeordnet werden. Diese Verbindungselemente 12, 13 sind komplementär.
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Bei dem Zusammenfügen beziehungsweise Stapeln der Blechlagen 5 kann beispielsweise das erste Verbindungselement 12 des Polblechs 6 mit zumindest einem zweiten Verbindungselement 13 eines weiteren zu diesem Polblech 6 benachbarten Polblech 5 ineinandergreifen beziehungsweise ineinanderfügen. Beispielsweise kann es sich bei dem ersten Verbindungselement 12 um eine Vertiefung beziehungsweise Einbuchtung handeln. Dementsprechend kann es sich bei dem zweiten Verbindungselement um eine Erhebung handeln. Diese sind insbesondere bezüglich zweier Polbleche jeweils gegenüberliegend angeordnet. Beim Stapeln der Blechlagen 5, insbesondere in Radialrichtung R, überdecken sich das Verbindungselement 11 beziehungsweise die Verbindungselemente 12, 13 in Radialrichtung R. Dies hat den Vorteil, dass ein Stapel beziehungsweise eine Stapelung gegeben ist, ohne dass eine äußere Form, beispielsweise eine Kavität, zur Anordnung der Polbleche 5 benötigt wird.
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Des Weiteren kann eine Breite 14 des Polzahns 3 in der Axialrichtung A konstant sein. Somit kann wiederum eine jeweilige Breite in der Axialrichtung A jedes Polblechs 5, 6 gleich beziehungsweise identisch sein. Des Weiteren ist wie beispielsweise in der 2 zu sehen, der Stapel der Polbleche 5, 6, welche den Polzahn 3 bilden, in einer Keil-Form beziehungsweise keilförmig ausgebildet. Dies ist eine mögliche Ausgestaltungsform. Somit weist der Polzahn 3 eine Keil-Form auf. Eine Breite dieser gebildeten Keil-Form beziehungsweise des Polzahns 3, kann sich wiederum in Radialrichtung R nach außen hin vergrößern beziehungsweise verbreitern. Somit kann wiederum die Breite 15 (vergleiche 3) der Keil-Form beziehungsweise des Polzahns 3 radial nach außen hin breiter werden. Somit ist der Polzahn 3 in seinem Bereich, welcher sich radial nach innen erstreckt, schmäler als die Bereiche, welche sich radial nach außen hin erstrecken. Insbesondere handelt es sich bei der Breite 15 um eine Breite des Polzahns 3 bezüglich der Umfangsrichtung U.
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Nun kann das Polblech 6 beispielsweise nochmals anders beschrieben werden. Das Polblech 6 beziehungsweise ein jeweiliger Schnitt der aus Blechlagen gebildete Polzahn 3 weist im Wesentlichen, insbesondere im Kernbereich, eine H-Form auf. Die mit einer Keil-Form sich immer weiter in Radialrichtung R nach außen hin verlängert. Die Breite 15 des Keils beziehungsweise des Polzahns 3 bleibt unverändert und damit auch die „Breite der H-Form“. Entsprechend weist die Grundform der Blechschnitte beziehungsweise des Polblechs 6 eine H-Form auf, welche sowohl den Polkern, also der Polzahnabschnitt 7 als auch die seitlichen Ränder, also die Polschuhabschnitte 8, bildet. Somit kann anhand der mehreren Polbleche 5 der Polzahn 3 beziehungsweise ein Polelement der elektrischen Maschine 1 in einem Schritt hergestellt werden. Entsprechend kann beispielsweise ein kompletter Einzelzahn beziehungsweise Polzahn 3 für eine elektrische Maschine 1 aus einem Elektroblech hergestellt beziehungsweise gefertigt werden.
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Dazu kann vor allem der Polzahn 3 derart hergestellt werden, sodass durch den Stapel von Polblechen 5 gleichzeitig beide Polschuhe 9 und ein Polzahngrundkörper 10 gebildet wird.
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In Axialrichtung A betrachtet befindet sich der Polgrundkörper 10 zwischen den beiden plattenähnlichen Polschuhen 9.
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In der 3 ist wiederum der aus der 2 bekannte Polzahn 3 in einem weiteren Ausführungsbeispiel beispielhaft dargestellt.
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Der Polzahn 3 kann Bezug zu der Radialrichtung R an Endbereichen 16, 17 jeweils zwei axial zueinander beabstandete Blechstege 18, 19 aufweisen. Diese Blechstege 18, 19 können in Radialrichtung R betrachtet von einem jeweiligen äußersten Polblech des Stapels der Polbleche 5 überstehen beziehungsweise abstehen.
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Bei dem Endbereich 16 kann es sich in Radialrichtung R betrachtet um den radial nach innen gerichteten Bereich beziehungsweise Seite des Polzahns 3 handeln. Somit ist dieser Endbereich 16 zu der Rotationsachse hin gerichtet. Der Endbereich ist bezüglich der Radialrichtung R nach außen gerichtet. Die Blechstege 18, 19 können also beispielsweise so an den Endbereichen 16, 17 angeordnet werden, dass diese an den jeweils äußersten Polblechen 5 angebracht beziehungsweise von dort überstehen. Beispielsweise kann wiederum jedes dieser Blechstege 18, 19 an einem jeweiligen Ende eines jeweiligen radialen Endbereichs der Polschuhe 9 angeordnet sein. Insbesondere können diese Blechstege 18, 19 gleichzeitig bei dem Herstellungsprozess des Polzahns 3 gefertigt beziehungsweise gebildet werden. Somit kann beispielsweise bei der Herstellung des Polzahns 3 am radialen Anfang und am radialen Ende die Radialüberstände der Ränder, also die Blechstege 18, 19 durch Anbringen beziehungsweise Anordnen beziehungsweise Parkettieren von zwei axial beabstandeten Blechstegen beziehungsweise Blechrechtecken gebildet werden. Hierzu kann beispielsweise eine Form dienen, die die Blechlagen beziehungsweise die Polbleche 5 passend aufnimmt und übereinander anordnet oder auch mittels Blechparkettierungsarten diese übereinandergestanzt werden, wobei jedes Polblech beziehungsweise Polblech 5 beziehungsweise Blechlage einen anderen Blechschnitt erfordern kann. Dies kann beispielsweise durch eine flexible beziehungsweise verstellbare Stanzmatrix dargestellt werden. Ebenfalls kann eine Abfolge von verschiedenen Stanzschritten vorgenommen werden, wobei jede ihre eigene Stanzform und damit einen entsprechenden Blechschnitt hat. Ebenfalls denkbar ist, dass hierbei zwischen diesen Stanzprozessen Vermischungen vorkommen können. Insbesondere kann der Polzahn 3 durch Stanzpaketierung hergestellt werden. Vor allem kann der Polzahngrundkörper 10 und die Polschuhe 9 in einem Blechpaket gefertigt werden.
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Beispielsweise kann so der Polkern beziehungsweise der Polzahngrundkörper 10 als auch die beiden Polschuhe 9 gemeinsam mittels eines Elektroblechs oder einem anderen weichmagnetischem Material aufgebaut werden. Hierzu kann ein horizontales Stanzen beziehungsweise ein horizontaler Stanzprozess mittels einer gesteuerten Werkzeugeinheit verwendet werden. Insbesondere jedes der Polbleche 5 anders ausgebildet sein. Die Parkettierung der Polbleche 5 zu dem Polzahn 3 kann beispielsweise mittels Backen oder Schweißen erfolgen.
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Im Nachfolgenden kann ein Herstellungsprozess beziehungsweise die Prozessschritte für die Herstellung des Polzahns 3 in anderen Worten erläutert werden.
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Beispielsweise können ein einem ersten Schritt die Polschuhabschnitte als rechteckige Bleche gestanzt werden. Hierbei kann an der schmalen Seite, also an der radial nach innen gerichteten Seite, begonnen werden. In einem nachfolgenden, optional zweiten Schritt, können diese gestanzten Bleche des ersten Schritts in eine Kavität, also in einen auszufüllenden Hohlraum, eingeführt werden. In einem nachfolgenden dritten Schritt können die weiteren „rechteckigen“ Bleche bezüglich der Blechstege 18, 19 in die Kavität eingeführt und gestanzt werden. Anschließend können wiederum die H-förmig ausgebildeten Polbleche 5 gestanzt und in die Kavität eingeführt werden. Optional können hier die breiten Seiten, also die überstehenden Seiten in Radialrichtung R, der Polschuhbleche der Polschuhabschnitte 8 gestanzt und eingeführt werden. Anschließend kann in einem sechsten Schritt beispielsweise die Kavität geschlossen werden und in einem nachfolgenden optionalen siebten Schritt die gestapelten Polbleche 5 verbacken oder verschweißt werden.
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Zur Erleichterung kann die Kavität beispielsweise Stufen aufweisen, um die jeweiligen Bleche beziehungsweise Blechabschnitte einfacher einführen zu können.
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Des Weiteren können die Polbleche 5 Nuten und/oder Schwalbenschwanznuten zur Führung beziehungsweise Indizierung in die Kavität aufweisen. Beispielsweise können die einzelnen Polbleche 5 seitliche Nuten aufweisen, mit denen eine Indizierung und Anordnung in der Kavität erleichtert beziehungsweise unterstützt werden kann. Des Weiteren können mit Hilfe dieser seitlichen Nuten die einzelnen Blechschnitte beziehungsweise Polbleche 5 in der Kavität eingerastet werden.
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Wiederum mit anderen Worten bezüglich eines Prozessschrittes für die Einzelzahn-Fertigung beziehungsweise für die Herstellung des Polzahns 3 kann zunächst die einzelnen Polbleche 5 beziehungsweise GO-Bleche in einer Back-Kavität gestanzt werden. Die Stanze stanzt beispielsweise direkt in die Kavität. In der Kavität können entsprechende Positionshalter beziehungsweise Negative des Polzahns 3 vorliegen, sodass die Polbleche 5 richtig positioniert werden können. Anschließend kann ein Verspannen der Back-Kavität, nach dem alle Polbleche 5 gestanzt wurden, erfolgen. Anschließend kann die Back-Kavität auch beispielsweise 200° Celsius temperiert werden. Dies kann durch Induktion oder durch einen Wärmeprozess, wie beispielsweise einen Ofen, erfolgen. Anschließend erfolgt das Aushärten für eine vorgegebene Zeitspanne, wie beispielsweise circa 5 bis 7 Minuten. Anschließend kann nach einem Abkühlen das Entformen aus der Kavität vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Rotorzahn
- 4
- Weitere Polzähne
- 5
- Polbleche
- 6
- Polblech
- 7
- Polzahnabschnitt
- 8
- Polschuhabschnitte
- 9
- Polschuhe
- 10
- Polzahngrundkörper
- 11
- Verbindungselement
- 12,13
- Erstes und zweites Verbindungselement
- 14
- Breite des Polzahns in Axialrichtung
- 15
- Breite der Keil-Form
- 16, 17
- Endbereiche
- 18, 19
- Blechstege
- A
- Axialrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021002941 A1 [0006]
- DE 102019000663 A1 [0007]
- EP 2396874 A1 [0007]
- DE 102018000771 A1 [0008]
