Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus aufeinander liegenden Lamellen bestehenden Lamellenpaketes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 12.

Es ist bekannt, Lamellen aus einem Elektroblech zu schneiden und sie zur Bildung eines Lamellenpaketes aufeinanderzulegen. Anschließend werden die aneinanderliegenden Lamellen formschlüssig miteinander verbunden. Hierfür sind die Lamellen mit wenigstens einem Vorsprung versehen, mit dem die Lamellen in entsprechende Vertiefungen der jeweils benachbarten Lamelle eingreifen. Die Herstellung solcher Lamellen ist aufwändig. Zudem kann es vorkommen, dass sich diese Formschlussverbindung beispielsweise beim Transport oder bei der Lagerung des Lamellenpaketes löst.

Es ist weiter bekannt, die Lamellen innerhalb des Lamellenpaketes durch dieses Lamellenpaket durchsetzende Schrauben oder Nieten fest miteinander zu verbinden. Auch diese Vorgehensweise ist aufwändig. Zudem müssen, insbesondere wenn höhere Lamellenpäkete gebildet werden sollen, die Lamellen vor dem Auflegen jeweils um einen bestimmten Winkelbetrag gedreht werden, um sicherzustellen, dass das Lamellenpaket über seinen Umfang konstante Höhe hat.

Es sind darum auch Verfahren bekannt, bei denen aufeinanderliegende Lamellen miteinander verklebt werden. Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden die aufeinanderliegenden Lamellen miteinander verschweißt. Diesem Schweißverfahren sind allerdings Grenzen gesetzt. Für die Verwendung der Lamellenpakete bei Rotoren und/oder Statoren von Elektromotoren oder Generatoren werden häufig Metallbänder verwendet, die aus Silizium und Aluminium bestehen. Bei Siliziumanteilen von mehr als etwa 3 Gew.-% oder Silizium und Aluminiumanteilen von mehr als 4 Gew.-% lassen sich solche Lamellen sehr schlecht schweißen. Ein hoher Siliziumanteil ist allerdings gewünscht, weil sich dadurch die magnetischen Verluste verringern und sich damit höhere Leistungen erzielen lassen. Weiterhin sind die mit einem EC-3 Isolationslack beschichteten Lamellen schwer zu schweißen. Auch entstehen große und/oder auch tiefe Wärmezonen. Die Spalte zwischen den Blechen sind genau einzustellen, um ein gutes Schweißergebnis zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, dass die Lamellen unabhängig vom Ausgangsmaterial und der Stapeldichte zuverlässig innerhalb des Lamellenpaketes miteinander verbunden werden können.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 12 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die Lamellen in einfacher, kostensparender Weise fest miteinander verbinden, unabhängig von der Materialzusammensetzung der Lamellen. Mit dem Werkzeug wird das Material der Lamellen am Randbereich örtlich plastifiziert, indem mit dem Werkzeug die Lamelle örtlich so stark erhitzt wird, dass das Lamellenmaterial plastifiziert wird. Dann kann dieses plastifizierte Material mittels des Werkzeuges zwischen benachbarten Lamellen vermischt werden. Dies hat zur Folge, dass nach dem Erkalten des plastifizierten Materials die Lamel- len fest stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Das Werkzeug selbst wird so gewählt, dass es bei diesem Verfahren selbst nicht weich bzw. plas- tifiziert wird. Werden die Lamellen aus Silizium-Aluminium-Bändern hergestellt, dann kann der Siliziumanteil so hoch sein, dass die magnetischen Verluste gering sind.

Eine einfache und sichere Verbindung der Lamellen innerhalb des Lamellenpaketes ergibt sich in vorteilhafter Weise, wenn das Werkzeug über die Höhe des Lamellenpaketes bewegt und hierbei mit einer so hohen Kraft gegen das Lamellenpaket gedrückt wird, dass das Material der Lamellen im Kontaktbereich mit dem Werkzeug plastifiziert wird. Das Werkzeug kann im Hinblick auf die Breite der am Umfang des Lamellenpaketes sich bildenden Schweißnaht angepasst werden. Wenn diese Schweißnaht nur sehr geringe Breite haben soll, wird ein entsprechend schmales Werkzeug verwendet. Mit der Höhe und/oder der Dauer der Anpresskraft kann festgelegt werden, wie tief das Material der Lamellen bei der Durchführung des Verfahrens plastifiziert wird.

Das Werkzeug wird vorteilhaft während einer der Vorschubbewegung um seine Achse drehbar angetrieben. Durch die Drehung des Werkzeuges wird das plastifizierte Material benachbarter Lamellen in einfacher Weise miteinander vermischt.

Bei einer weiteren einfachen Ausführung wird das Werkzeug in Axialrichtung längs des Lamellenpaketes bewegt. Dadurch entsteht am Lamellenpaket ebenfalls eine in Achsrichtung verlaufende Schweißnaht.

Je nach Ausbildung des Lamellenpaketes kann das Werkzeug aber auch unter einem Winkel schräg über die Höhe des Lamellenpaketes bewegt werden, so dass die entstehende Schweißnaht nicht mehr axial verläuft, sondern eine Steigung hat. Bei einer anderen Verfahrensweise ist das Werkzeug ortsfest und wird um seine Achse drehbar angetrieben. In diesem Falle wird das Lamellenpaket über seine Höhe gegenüber dem ortsfesten Werkzeug bewegt und hierbei mit einer so hohen Kraft gegen das Werkzeug gedrückt, dass das Material der Lamellen im Kontaktbereich plastifiziert wird. Auch in diesem Fall kann das Werkzeug im Hinblick auf die Breite der am Umfang des Lamellenpaketes sich bildenden Schweißnaht angepasst werden.

Ebenso ist es möglich, das Werkzeug oder das Lamellenpaket in unterschiedlichen Richtungen über die Höhe des Lamellenpakets zu bewegen. Es ist dadurch möglich, die Lage und/oder den Verlauf der Schweißnaht an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. Die Vorschubbewegung des Werkzeuges lässt sich über eine Steuerung sehr einfach programmieren.

Eine einfache und zeitsparende Arbeitsweise ergibt sich, wenn das Lamellenpaket mit zwei oder mehr Werkzeugen bearbeitet wird.

Hierbei arbeiten die Werkzeuge vorteilhaft gleichzeitig am Lamellenpaket, so dass über den Umfang des Lamellenpaketes die erforderlichen Schweißnähte in gewünschtem Maße angebracht werden können.

Bevorzugt sind die Werkzeuge unabhängig voneinander antreibbar. Dadurch besteht die Möglichkeit, die einzelnen Werkzeuge gezielt anzusteuern und Ihnen beispielsweise unterschiedliche Vorschubwege zu verleihen.

Eine einfache Verfahrensführung ergibt sich, wenn die Werkzeuge in einer Stanzpresse vorgesehen sind. Dann körinen die Lamellenpakete unmittelbar nach ihrer Zusammenstellung in einer Stanzpresse mit dem Werkzeug bearbeitet werden.

Die Werkzeuge können auch innerhalb einer Stapelvorrichtung vorgesehen sein, in der die Lamellen zum Lamellenpaket gestapelt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das wenigstens eine Schweißwerkzeug um seine Achse drehbar angetrieben wird und bei der Bearbeitung quer zu dieser Drehachse verfahrbar ist. Während seiner Vorschubbewegung wird das Werkzeug um seine Achse drehbar angetrieben, wodurch die hohe, zur Plastifizierung des Lamellenmateriales erforderliche Reibungswärme in den Lamellen erzeugt wird.

Bei einer einfachen Ausführungsform ist das Werkzeug mit einem Außenkopf versehen, der um seine Achse drehbar antreibbar ist. Zum Drehen des Außenkopfes kann beispielsweise ein Zahnrad- oder ein Riemenantrieb vorgesehen sein.

Im Außenkopf ist vorteilhaft ein Mittelkopf untergebracht, der drehfest oder auch frei drehbar mit dem Außenkopf verbunden ist. Dadurch wird der Mittelkopf durch den drehenden Außenkopf mitgenommen.

Bei einer vorteilhaften Aüsführungsform ist der Mittelkopf in Achsrichtung des Außenkopfes relativ zum Außenkopf verstellbar und vorzugsweise rotierbar.

Diese Verstellung wird bei einer bevorzugten Ausführungsform mittels eines Spindeltriebes erreicht, durch den der Mittelkopf gegenüber dem Außenkopf verstellt werden kann.

Eine kompakte Bauform des Werkzeuges ergibt sich, wenn der Außenkopf und der Mittelkopf koaxial zueinander liegen.

Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesent- lieh beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Stanzen von Lamellen zur Bildung eines Lamellenpaketes,

Fig. 2 in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 die erfindungsgemäße

Vorrichtung mit Rührreibschweißgeräten,

Fig. 3 in schematischer Darstellung in Seitenansicht ein Zweikopf-Rührreibwerkzeug,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Rührreibwerkzeug gemäß Fig. 3,

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf zwei Rührreibwerkzeuge, die am Lamellenpaket angreifen,

Fig. 6 die Rührreibwerkzeuge und das Lamellenpaket gemäß Fig. 5 in

Seitenansicht,

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Lamellenpaket, dessen Lamellen durch

Rührreibschweißen miteinander verbunden sind,

Fig. 8 das Lamellenpaket gemäß Fig. 7 in Seitenansicht. Mit der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 werden aus einem Metallband (Elektroband) 1 oder einem Elektroblech in bekannter Weise Lamellen 2 (Fig. 8) geschnitten, die zu einem Lamellenpaket 3 gestapelt werden. Das Lamellenpaket 3 wird zur Herstellung von Rotoren oder Statoren von Elektromotoren oder auch Generatoren eingesetzt.

Das Metallband 1 ist auf einer Haspel 4 aufgewickelt, die um ihre Achse drehbar ist. Das von der Haspel 4 abgewickelte Metallband 1 wird durch einen Richtapparat 5 geführt, durch den das Metallband 1 für den nachfolgenden Stanzprozess gerichtet wird. Das Metallband 1 gelangt nach dem Richtapparat 5 in eine Stanzpresse 6, in der aus dem Metallband 1 die Lamellen 2 gestanzt werden.

In die Stanzpresse 6 können auch zwei oder mehr Bänder 1 nebeneinander geführt werden, so dass gleichzeitig aus den einzelnen Metallbändern 1 die Lamellen 2 gestanzt werden können. Weiter ist es möglich, die Lamellen im Metallband 1 nicht nur in einer Spur, sondern beispielsweise auch in zwei Spuren zu stanzen.

Die Stanzpresse 6 ist mit einem oder mehreren entsprechenden Stanzwerkzeugen 7 versehen. Die mit ihnen gestanzten Lamellen 2 gelangen in einen Schacht 8, in den die Lamellen 2 unmittelbar nach dem Stanzen gedrückt werden. Der Schacht 8 bildet eine Aufnahme und ist in bekannter Weise so ausgebildet, dass die Lamellen 2 mit ihrem Rand unter Reibung an der Innenwand des Schachtes 8 anliegen, so dass sie nicht aus dem Schacht 8 fallen. Auf diese Weise werden im Schacht 8 die gestanzten Lamellen 2 zu einem Stapel aufeinander gesetzt. Bei jedem Stanzhub wird die jeweils gestanzte Lamelle 2 nach unten auf die bereits im Schacht befindlichen Lamellen gedrückt. In den Schacht 8 ragt ein (nicht dargestellter) Stempel, auf dem die Lamellen 2 zum Lamellenpaket 3 gestapelt werden. Mit jedem

Stanzhub wird der Stempel schrittweise nach unten bewegt, so dass die jeweils gestanzte Lamelle 2 so weit nach unten in den Schacht 8 bewegt wer- den kann, dass die nachfolgende zu stanzende Lamelle 2 zuverlässig in den Schacht 8 gedrückt werden kann.

Bei mehreren gleichzeitig durch die Stanzpresse 6 geführten Metallbändern 1 ist es vorteilhaft, wenn jedem Metallband 1 ein Schacht 8 zugeordnet ist, so dass in der Stanzpresse 6 gleichzeitig mehrere Lamellenpakete nebeneinander gestapelt werden können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, in der Stanzpresse 6 nur einen Schacht 8 vorzusehen, in den die aus verschiedenen Metallbändern 1 gestanzten Lamellen mittels einer Transporteinrichtung, beispielsweise einer Dreheinheit, in den Bereich oberhalb des Schachtes 8 gefördert und dann in den Schacht 8 gedrückt werden. Eine solche Transporteinrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aus einem Metallband 1 in nebeneinander liegenden Spuren die Lamellen 2 ausgestanzt werden. Dann können die nebeneinander liegenden Lamellen 2 mit einer solchen Transporteinheit in den einzigen Schacht 8 transportiert werden.

Damit das Lamellenpaket 3 nach der Entnahme aus der Stanzpresse 6 weiter verarbeitet werden kann, werden die im Lamellenpaket 3 aufeinander liegenden Lamellen 2 fest miteinander verbunden. Hierfür werden die aufeinander liegenden Lamellen 2 quer zu ihrer Ebene durch ein Plastifizierver- fahren miteinander verbunden, indem die Lamellen 2 am Rand so partiell plastifiziert werden, dass übereinander liegende Lamellen 2 nach dem Erkalten dieses Materials stoffschlüssig fest miteinander verbunden sind.

Hierfür ist die Stanzpresse 6 mit wenigstens einem Rührreibschweißgerät 9 versehen, das vorteilhaft im Bereich einer Stapelvorrichtung der Stanzpresse 9 angeordnet ist. Am Rand des Blechpaketes 3 entsteht eine Schweißnaht 10 (Fig. 7 und 8), die sich über die Höhe des Lamellenpaketes 3 erstreckt. Je nach Größe des Lamellenpaketes 3 kann nur eine Schweißnaht 10 ausreichen. Im Ausführungsbeispiel sind zwei diametral einander gegenüberliegende Schweißnähte 10 am Lamellenpaket 3 vorgesehen. Es können je nach Größe des Lamellenpaketes 3 weitere Schweißnähte vorgesehen sein, mit denen die Lamellen 2 innerhalb des Lamellenpaketes 3 zusammengehalten werden.

Werden zwei oder mehr Schweißnähte 10 am Lamellenpaket 3 angebracht, reicht hierfür grundsätzlich ein Rührreibschweißgerät 9 aus, das über den Umfang des Lamellenpaketes 3 verstellbar angeordnet ist. Eine schnellere Verfahrensführung ergibt sich allerdings, wenn für jede am Lamellenpaket 3 anzubringende Schweißnaht 10 jeweils ein Rührreibschweißgerät 9 vorgesehen ist.

Das Rührreibschweißgerät 9 hat ein Werkzeug 9' mit einem zylindrischen Außenkopf 1 1 (Fig. 3), in dem ein Mittelkopf 12 untergebracht ist. Der Außenkopf 1 1 wird mittels eines Zahnrad- oder Riementriebes um seine Achse drehbar angetrieben. Der Mittelkopf 12 lässt sich mittels eines Spindeltriebes axial in Bezug auf den Außenkopf 1 1 genau einstellen. Wenn der Außenkopf 1 1 um seine Achse drehbar angetrieben wird, wird der Mittelkopf 12 entsprechend drehend mitgenommen. Am Übergang zwischen dem Mittelkopf 12 und dem Außenkopf 1 1 wird eine radiale Ringschulter 13 gebildet.

Das Werkzeug 9' wird radial gegen das Lamellenpaket 3 bewegt, bis seine Stirnseite 14 in Kontakt mit dem Mantel 15 des Lamellenpakets kommt. Das Werkzeug 9' wird mit hoher Axialkraft gegen das Lamellenpaket 3 gedrückt, wobei es um seine Achse drehbar angetrieben wird. Durch die Reibung zwischen der flächigen Stirnseite 14 des Werkzeuges 9' und dem Lamellenpaket 3 erwärmt sich der Werkstoff unter der Stirnseite 14 bis kurz unter den Schmelzpunkt des Materials des Lamellenpaketes 3. Aufgrund dieser hohen Temperatur wird der Werkstoff des Lamellenpaketes 3 plastifiziert. Das rotierende Werkzeug 9' wird nunmehr in Höhenrichtung des Lamellenpaketes 3 verfahren, wobei die hohe Axialkraft und die Drehzahl beibehalten werden. Aufgrund des im Bereich des Werkzeuges 9' plastifizierten Werkstoffes findet bei der Vorschubbewegung des Werkzeuges eine Vermischung des Materials der aufeinander liegenden Lamellen 3 statt. Die Materialvermischung kommt dadurch zustande, dass das Werkzeug 9' die Vorschubbewegung bei gleichzeitiger Drehbewegung ausführt. Die Vorschubgeschwindigkeit wird so gewählt, dass im Bereich des Werkzeuges 9' das Material der aufeinander liegenden Lamellen 2 weich wird. Aufgrund der Drehbewegung vermischen sich die Materialien der aufeinander liegenden Lamellen 2, so dass nach dem Erkalten des plastifizierten Materials die Lamellen 2 innerhalb des Lamellenpaketes 3 stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Das Werkzeug 9' wird vorteilhaft in Achsrichtung längs des Lamellenpaketes 3 bewegt, so dass sich die Schweißnaht 10 am Mantel des Lamellenpaketes 3 in Achsrichtung erstreckt. Das Werkzeug 9' kann grundsätzlich in unterschiedlichen Richtungen längs des Lamellenpaketes 3 bewegt werden, so dass die Schweißnaht 10 unterschiedlichen Verlauf hat. So kann die Schweißnaht 10 schräg zur Achsrichtung des Lamellenpaketes 3 verlaufen, senkrecht zur Achse des Lamellenpaketes 3 gesehen. Auch kann die Schweißnaht 10 durch entsprechende Bewegung des Werkzeuges 9' in Höhenrichtung des Lamellenpaketes 3 unterschiedlich schrägen Verlauf haben. Die Schweißnaht 10 wird so am Mantel 15 des Lamellenpaketes 3 vorgesehen, dass die Lamellen 2 sicher miteinander verbunden sind.

Im Ausführungsbeispiel werden zur Verbindung der Lamellen 2 im Lamellenpaket 3 zwei diametral einander gegenüberliegende Werkzeuge eingesetzt. In diesem Falle werden am Mantel 15 des Lamellenpaketes 3 zwei einander gegenüberliegende Schweißnähte 10 gebildet. Die beiden Werkzeuge 9' werden vorteilhaft unabhängig voneinander angesteuert, so dass auch unterschiedliche Verläufe der Schweißnähte 10 erzeugt werden können.

Häufig werden Metallbänder eingesetzt, die aus Silizium-Aluminium- Legierungen bestehen. Bei solchen Metallbändern wird häufig gewünscht, den Siliziumanteil möglichst hoch zu wählen. Rotoren und/oder Statoren, deren Lamellenpakete aus einem solchen Metallband gefertigt worden sind, haben wegen des höheren Silizium-Anteiles geringe magnetische Verluste, was zu höherer Leistung des Elektromotors führt. Lamellen aus solchen Materialien lassen sich mittels des beschriebenen Verfahrens problemlos miteinander stoffschlüssig verbinden. Die Silizium-Anteile in solchen Silizium- Aluminium-Legierungen können mehr als etwa 4 Gew.-% Silizium enthalten, ohne dass dies nachteilige Auswirkungen auf die stoffschlüssige Verbindung der Lamellen 2 miteinander hat. Mit dem Werkzeug 9' wird das Material der Lamellen plastifiziert, wobei durch die Drehbewegung des Werkzeuges 9' bei dessen Vorschubbewegung das plastifizierte Material benachbarter Lamellen 2 miteinander vermischt wird, wodurch der sichere Zusammenhalt der Lamellen 2 nach dem Erkalten des plastifizierten Materials gewährleistet ist.

Die Schweißnähte 10 haben nur eine geringe Tiefe, so dass sie keine nachteiligen Auswirkungen auf das Lamellenpaket 3 bzw. auf die Eigenschaften des diese Lamellenpaket enthaltenden Elektromotors haben. Die Schweißnahttiefe wird so gewählt, dass ein sicherer Verbund der Lamellen 2 untereinander gegeben ist. Das beschriebene Verfahren lässt sich einfach, zuverlässig und innerhalb kurzer Zeit durchführen. Die auf diese Weise hergestellten Lamellenpakete 3 lassen sich problemlos handhaben und transportieren, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich innerhalb des Lamellenpaketes 3 Lamellen 2 lösen.

Es ist des Weiteren möglich, das Werkzeug 9' ortsfest anzuordnen und während des Schweißvorganges um seine Achse zu rotieren. In diesem Fall wird das Lamellenpaket 3 über seine Höhe gegenüber dem ortsfesten

Werkzeug 9' bewegt und hierbei mit einer so hohen Kraft gegen das Werkzeug 9' gedrückt, dass das Material der Lamellen 2 innerhalb des Lamellenpaketes 3 in der beschriebenen Weise im Kontaktbereich plastifiziert wird.