DE102008024004A1

DE102008024004A1 - Verbindung und/oder Positionierung einer elektrischen Maschine, Verfahren zur Herstellung einer Verbindung

Info

Publication number: DE102008024004A1
Application number: DE200810024004
Authority: DE
Inventors: Tobias Buban; Klaus Zaps; Marcus Podack
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2008-05-18
Filing date: 2008-05-18
Publication date: 2010-07-29

Abstract

Verbindung und/oder Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors (1), mit und/oder in einem Gehäuse (2), wobei die Verbindung und/oder Positionierung durch eine elektromagnetische Pulsschweißtechnologie (EMPT) ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung und/oder Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, mit und/oder in einem Gehäuse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung und/oder einer Positionierung einer elektrischen Maschine mittels elektromagnetischen Pulsschweißens und/oder Pulsfügens und/oder Pulsumformens, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 bei elektrischen Maschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Bekannt ist es, elektrische Maschinen in Gehäuse zu montieren, wobei beispielsweise radiale Federelemente, beispielsweise Toleranzringe unter Aufwendung großer Kräfte verpresst werden bzw. axiale Federelemente in das Gehäuse eingeschrumpft werden.
Nachteilig bei dem bekannten System des Stands der Technik ist es, dass insbesondere zur Herstellung der Verbindung eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten und Vorbereitungen nötig sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik eine einfache und schnelle Verbindung bzw. Positionierung einer elektrischen Maschine sicherzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindung und/oder Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, mit und/oder in einem Gehäuse, wobei die Verbindung und/oder Positionierung durch eine elektromagnetische Pulsschweißtechnologie (EMPT) ausgeführt ist.
Das Verfahren der elektromagnetischen Pulsverformung nutzt die Kraftwirkung eines impulsförmigen Magnetfelds zur Beschleunigung und anschließenden Verformung von Deformationselementteilen aus elektrisch leitfähigem Material. Da das Magnetfeld elektrisch isolierende Materialien durchdringt, ist beispielsweise auch eine Bearbeitung nichtleitend beschichteter Elemente aus leitfähigem Material möglich. Die Verformung erfolgt dabei ohne Beschädigung der Oberflächen. Werkzeuge hierbei sind Spulen bzw. Feldübersetzer, insbesondere Konzentratoren, die von einem Stromimpuls durchflossen werden und dadurch ein ebenfalls pulsartiges magnetisches Feld erzeugen, das mittels Induktion und über die Erzeugung eines Wirbelstroms im Material auf die eingelegten, elektrisch leitfähigen Elemente eine pulsartige und abhängig von der Stromstärke sehr hohe Kraft ausübt. Es erfolgt eine sofortige plastische Verformung, wenn die Kraft über der Fließgrenze des Materials liegt. Die zum Feldaufbau notwendige elektrische Energie wird in großen Kondensatorbänken gespeichert. Je nach Konzipierung der Werkzeuge, der Auswahl der Werkstoffe und der Einstellung der Parameter kann mit diesem Verfahren geschweißt, gefügt oder umgeformt werden.
Vorliegend wird eine elektrische Maschine, insbesondere ein Einbaumotor, in ein Gehäuse montiert. Die Form der Gehäuses kann vollständig zylindrisch sein oder auch mit am Umfang zu unterbrechende Anschlussgeometrien versehen sein, in diesem Fall können die Konzentratoren eine angepasste Form besitzen.
In der vorgeschlagenen Verbindung bzw. im vorgeschlagenen Verfahren sind keine zusätzlichen Befestigungselemente nötig und auch nicht der Einsatz von aufwendigen und teuren Passungspaarungen. Es sind keine aufwendigen Vorbereitungen wie beim Kleben notwendig. Insbesondere abreitet eine berührungslos angreifende Umformkraft mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit bei einer extrem kurzen Prozessfertigungsdauer.
Sehr vielseitige Verbindungsmöglichkeiten gerade bei einer komplexen Vorrichtung wie einer elektrischen Maschine sind gegeben, wenn die Verbindung und/oder die Positionierung radial und/oder axial in bezug auf die elektrische Maschine und/oder das Gehäuse ausgeführt ist. Es entsteht zudem keine thermische Belastung der Elemente der elektrischen Maschine beim Schweißen. Es sind Verbindungen verschiedener Werkstoffe miteinander möglich, beispielhaft eine Verbindung von Stahl der elektrischen Maschine mit einem Gehäuse aus Aluminium.
Eine sichere Verbindung liegt vor, wenn die Verbindung eine radiale und/oder axiale Fixierung der elektrischen Maschine, insbesondere eines Stators des Elektromotors, bezüglich eines Anschlags des Gehäuses und/oder eines Bohrungsdurchmessers des Gehäuses ausgeführt ist. Die Lösung der Aufgabe liefert eine sichere axiale und konzentrische/radiale Fixierung in jedem Betriebszustand des Antriebs über einen weiten Temperaturbereich, insbesondere von 40°C bis 120°C. Die Fixierung ist unabhängig von der Form, die das umliegende Gehäuse hat. Es sind keine Hilfsstoffe notwendig und es liegt eine flexible Anwendung durch steuerbare Parameter vor.
Vorteilhaft ist es, wenn eine radiale und/oder axiale Fixierung von Lagerschildern, insbesondere aus Stahl, bezüglich des Gehäuses und/oder des Bohrungsdurchmessers des Gehäuses ausgeführt ist.
Die Verbindung ist leicht und variabel einzusetzen, wenn die Form des Gehäuses zylindrisch ist oder die Form des Gehäuses mit am Umfang zu unterbrechenden Anschlussgeometrien versehen ist, wobei die elektromagnetisches Pulstechnologie an den Anschlussgeometrien einzusetzen ist.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn ein vorab gesondert geprüfter Einbaumotor dem Gehäuse zu befestigen ist. Die Verbindung und/oder Positionierung ist so schonend, dass die Prüfung des Motors ohne weiteres vorab erfolgen kann und die Zuverlässigkeit auch nach der Verbindung sicher weiter gewährleistet ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung und/oder einer Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors, mittels elektromagnetischen Pulsschweißens und/oder Pulsfügens und/oder Pulsumformens, wobei eine radiale und/oder axiale Verbindung und/oder Positionierung der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors relativ zu dem Gehäuse mittels des elektromagnetischen Pulsschweißens und/oder Pulsfügens und/oder Pulsumformens vorgenommen wird, insbesondere unter Einbeziehung einer Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Eine sehr vielseitige Fixierung ist möglich, wenn mittels eines Konzentrators zur Umlenkung und/oder Verstärkung der für das elektromagnetische Pulsschweißen und/oder Pulsfugen und/oder Pulsumformen benötigten elektromagnetischen Felder ein an die Form der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors und des Gehäuses angepasstes Verfahren erreicht wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 bei elektrischen Maschinen, insbesondere zur Fixierung einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse, wobei ein Konzentrator zur Umlenkung und/oder Verstärkung der für das elektromagnetische Pulsschweißen und/oder Pulsfugen und/oder Pulsumformen benötigten elektromagnetischen Felder ein an die Form der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors und des Gehäuses angepasste Form und/oder Verbindungseigenschaften aufweist.
Unterschiedlichste Formen können verbunden werden, wenn der Konzentrator mit einer an die Außenform der elektrischen Maschine angepassten Form zumindest einen Übertragungsbereich zur Übertragung der elektrischen/magnetischen Felder an einer vorbestimmten Stelle aufweist.
Beispielsweise das Einsetzen eines herausragenden Gehäuseteils ist möglich, wenn der Konzentrator eine einen Innenbereich umgreifende kreisförmige Öffnung aufweist, die insbesondere an einer Seite eine Ausnehmung aufweist und/oder unterbrochen ist, wobei an zumindest einem vorbestimmten Übertragungsbereich des Kon zentrators ein magnetischer Puls auf die in den Innenbereich eingesetzte, zu verbindende elektrische Maschine ausgestrahlt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind. Die Anführungen in den folgenden Ausführungsformen sind nicht einschränkend sondern lediglich beispielhaft zu verstehen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur elektromagnetischen Pulstechnologie,
2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens,
3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur elektromagnetischen Pulstechnologie und
4 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur elektromagnetischen Pulstechnologie. Die Vorrichtung weist einen an eine Spule 16-Kondensator 17-Einheit über Leitungen 15 angeschlossenen Konzentrator 6 auf. Der Konzentrator 6 hat im vorliegenden Fall eine im wesentlichen kreisförmige Öffnung 7 im Innenbereich 10, in die ein Elektromotor 1 mit einem äußeren Stator 14 und einem inneren Rotor 13 eingebracht ist. Mittels beispielhaft dargestellter, im vorliegenden Fall dreier im wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilter Übertragungsbereiche 9 werden korrespondierende, lokale Verbindungsbereiche 11 hergestellt. Dabei ist, falls gewünscht, auf einfache Weise eine Rotation der Vorrichtung oder des Elektromotors zur Herstellung weiterer Ver bindungsbereiche 11, insbesondere einer allseitigen Verbindung möglich. Zudem ist eine modulartiger Aufbau des Konzentrators zur flexiblen Fertigung vorteilhaft oder eine Verbindung von unterschiedlichen Bereichen des Motors, die beispielsweise aus unterschiedlichen metallen bestehen können, als Verbindung in einem Gehäuse 12 beispielsweise zur schonenden Verarbeitung elektrischer Bauteile vorteilhaft.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Der Konzentrator 6 weist in dem Innenbereich 10 mehrere Ausnehmungen 18 auf, im wesentlichen angepasst an die Form des Gehäuses des Motors 1. In ausgewählten Übertragungsbereichen 9 des Konzentrators 6 werden die Verbindungsbereiche 11 zwischen Motorgehäuse 12 und Motor hergestellt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eine Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens zur elektromagnetischen Pulstechnologie. Ein Elektromotor 1, der in einen Innebereich 7 eines Systemgehäuses 2 eingesetzt ist, wird mittels eines Konzentrators 6 an einer Stelle des Umfangs durch Erzeugung eines Verbindungsbereichs 11, wie beispielhaft dargestellt, fixiert.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Der Konzentrator 6 weist Übertragungsbereiche 9 auf, die eine Verbindung von Motorgehäuse 12 und Motor in Verbindungsbereichen 11 herbeiführen.

1: Elektromotor
2: Gehäuse
3: Verbindung
4: Umfang
5: Anschlussgeometrie
6: Konzentrator
7: Öffnung
8: Seite
9: Übertragungsbereich
10: Innenbereich
11: Verbindungsbereich
12: Motorgehäuse
13: Rotor
14: Stator
15: Leitung
16: Spule
17: Kondensator
18: Ausnehmung

Claims

Verbindung und/oder Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors (1), mit und/oder in einem Gehäuse (2), wobei die Verbindung (3) und/oder Positionierung durch eine elektromagnetische Pulsschweißtechnologie (EMPT) ausgeführt ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (3) und/oder die Positionierung radial und/oder axial in bezug auf die elektrische Maschine und/oder das Gehäuse (2) ausgeführt ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine radiale und/oder axiale Fixierung der elektrischen Maschine, insbesondere eines Stators des Elektromotors (1), bezüglich eines Anschlags des Gehäuses (2) und/oder eines Bohrungsdurchmessers des Gehäuses (2) ausgeführt ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale und/oder axiale Fixierung von Lagerschildern, insbesondere aus Stahl, bezüglich des Gehäuses (2) und/oder des Bohrungsdurchmessers des Gehäuses (2) ausgeführt ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Gehäuses (2) zylindrisch ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Gehäuses (2) mit am Umfang (4) zu unterbrechenden Anschlussgeometrien (5) versehen ist, wobei die elektromagnetisches Pulstechnologie an den Anschlussgeometrien (5) einzusetzen ist.
Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorab gesondert geprüfter Einbaumotor in dem Gehäuse (2) zu befestigen ist.
Verfahren zur Herstellung einer Verbindung und/oder einer Positionierung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Elektromotors (1), mittels elektromagnetischen Pulsschweißens und/oder Pulsfügens und/oder Pulsumformens, wobei eine radiale und/oder axiale Verbindung und/oder Positionierung der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors (1) relativ zu dem Gehäuse (1) mittels des elektromagnetischen Pulsschweißens und/oder Pulsfügens und/oder Pulsumformens vorgenommen wird, insbesondere unter Einbeziehung einer Verbindung und/oder Positionierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Konzentrators (6) zur Umlenkung und/oder Verstärkung der für das elektromagnetische Pulsschweißen und/oder Pulsfugen und/oder Pulsumformen benötigten elektromagnetischen Felder ein an die Form der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors (1) und des Gehäuses (2) angepasstes Verfahren erreicht wird.
Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 bei elektrischen Maschinen, insbesondere zur Fixierung einer elektrischen Maschine in einem Gehäuse (2), wobei ein Konzentrator (6) zur Umlenkung und/oder Verstärkung der für das elektromagnetische Pulsschweißen und/oder Pulsfugen und/oder Pulsumformen benötigten elektromagnetischen Felder ein an die Form der elektrischen Maschine, insbesondere des Elektromotors (1) und des Gehäuses (2) angepasste Form und/oder Verbindungseigenschaften aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator (6) mit einer an die Außenform der elektrischen Maschine angepassten Form zumindest einen Übertragungsbereich (9) zur Übertragung der elektrischen/magnetischen Felder an einer vorbestimmten Stelle aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentrator (6) eine einen Innenbereich (10) umgreifende kreisförmige Öffnung (7) aufweist, die insbesondere an einer Seite (8) eine Ausnehmung (18) aufweist und/oder unterbrochen ist, wobei an zumindest einem vorbestimmten Übertragungsbereich (9) des Konzentrators (6) ein magnetischer Puls auf die in den Innenbereich (10) eingesetzte, zu verbindende elektrische Maschine ausgestrahlt wird.