Titel

Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets einer elektrischen Maschine.

Aus der EP 3 511 429 A1 ist ein Verfahren zu Herstellung eines Blechpakets bekannt. Hierbei werden Blechlamellen des Ausgangsblechpakets mit einer Folien-Beschichtung, die einen Massenanteil von mindestens 20 % an Aluminium und/oder Silizium aufweist, beschichtet. Dieses Ausgangsblechpaket wird einer Wärmebehandlung unterworfen, um das Blechpaket zu erhalten. Hierdurch kann ein Blechpaket erhalten werden, das einen Siliziumgehalt entsprechend einem Massenanteil von mindestens 6,5 % aufweist.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Blechpakets mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein nachträgliches Legieren von Blechlamellen des Blechpakets einer elektrischen Maschine und ein nachträgliches Erzeugen von Isolationsschichten auf bzw. zwischen den Blechlamellen des Blechpakets auf kostengünstige Weise ermöglicht wird. Auf diese Weise kann kostengünstiges Elektroblech mit einem niedrigen Aluminium- und Siliziumgehalt, beispielsweise von < 4,0 Masse%, durch eine Wärmebehandlung zumindest im oberflächennahen Bereich auf einen höheren Aluminium- und Siliziumgehalt von beispielsweise 4,0 - 8,5 Masse% auflegiert werden. Außerdem kann in vorteilhafter Weise ein elektrischer Widerstand der Blechlamellen des Blechpakets erhöht werden, ohne dass weichmagnetische Eigenschaften übermäßig verschlechtert werden. Dadurch wird die Effizienz der elektrischen Maschine verbessert.

Erfindungsgemäß werden in einem ersten Schritt Folienlamellen bereitgestellt, die jeweils eine T rägerfolie aus Aluminium und eine auf der T rägerfolie gebildete natürliche oder erzeugte Isolatorschicht, beispielsweise eine Folien- Aluminiumoxidschicht, aufweisen und jeweils auf zumindest einer Seite der Folienlamellen eine Folien-Beschichtung haben. Die Folien-Beschichtung umfasst einen Legierungswerkstoff, ein Haftverbundmittel zum Anhaften des Legierungswerkstoffes an der Folienlamelle und insbesondere zusätzlich Aluminiumoxid in Pulverform.

Weiterhin werden in einem zweiten Schritt Blechlamellen des Blechpakets bereitgestellt, die insbesondere elektrisch unisoliert sind, was einen Unterschied zu einer herkömmlichen Ausgestaltung darstellt, bei der diese elektrisch isoliert sind. Wenn die Blechlamellen eine Lackisolation aufweisen, dann sollte diese entfernt werden, da ansonsten die Diffusion behindert werden könnte und Kohlenstoff aus der Lackschicht ungewünscht ins Blech gehen könnte.

Es erfolgt in einem dritten Schritt ein wechselweises Stapeln von Blechlamellen und Folienlamellen, derart dass zwischen benachbarten Blechlamellen jeweils zumindest eine Folienlamelle liegt.

Ferner erfolgt in einem vierten Schritt ein Erwärmen, beispielsweise Wärmebehandeln, des Stapels von Blechlamellen und Folienlamellen derart, dass

- das Aluminium aus den Trägerfolien der Folienlamellen mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der jeweils benachbarten Blechlamelle diffundiert unter Auflösung der Trägerfolie und dass der Legierungswerkstoff aus der Folien-Beschichtung der Folienlamellen mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der benachbarten Blechlamelle unter Bildung eines auflegierten Bereichs diffundiert, und

- das Aluminiumoxid aus der Folien-Aluminiumoxidschicht der Folienlamellen oder aus der Folien-Beschichtung der Folienlamellen unter Bildung einer Isolationsschicht zwischen den Blechlamellen zurückbleibt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Form und/oder die Fläche der Folienlamellen jeweils der Form und/oder der Fläche der Blechlamellen entsprechen. Dadurch wird eine hinsichtlich der Geometrie der einzelnen Lagen besonders vorteilhafter Aufbau erreicht.

Vorteilhaft ist es, wenn die auf Aluminium basierenden Folienlamellen von einer Aluminiumfolie abgetrennt sind bzw. werden, die an zumindest einer Seite die zumindest eine Folien-Aluminiumoxidschicht aufweist und/oder die an zumindest einer Seite zumindest teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet ist. Insbesondere kann solch eine Aluminiumfolie somit bereits in einem vorgelagerten Herstellungsprozess beschichtet und beispielsweise vorgerollt werden. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass die Folien-Beschichtung nicht zu dick ist. Dadurch kann ein vorteilhaftes Anhaften und Abrollen ermöglicht werden.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Legierungswerkstoff mittels eines Haftverbundmittels, insbesondere eines Kleisters und/oder mittels Polysaccharids, insbesondere Xanthan, zumindest teilweise auf die zumindest eine Seite der Folienlamelle aufgebracht ist. Der Legierungswerkstoff ist vorzugsweise pulverförmig ausgebildet. Somit kann eine sichere Anbindung des pulverförmigen Legierungswerkstoffs an die Aluminiumfolie erreicht werden. Hierbei kann ein Siliziumpulver und gegebenenfalls zusätzlich ein Aluminiumoxidpulver mit Wasser und beispielsweise Xanthan gemischt werden. Diese Mischung kann dann auf zumindest eine Seite der Aluminiumfolie mittels beispielsweise einer Druckluftsprühpistole aufgebracht werden. Bei einer anschließenden Trocknung verdampft das Wasser, wobei das in der Mischung verbleibende Xanthan dafür sorgt, dass das Pulver beziehungsweise die Pulver gut anhaften. Dies kann für eine oder beide Oberseiten der Aluminiumfolie durchgeführt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest teilweise zumindest eine der Folienlamellen zwischen benachbarten Blechlamellen angeordnet wird. Für eine Legierung der Blechlamellen ist es vorteilhaft, wenn eine wesentliche Erhöhung des Massenanteils von Silizium erfolgt, der Massenanteil von Silizium und Aluminium aber nicht zu groß wird. Dies bedeutet, dass es in der Regel vorteilhaft ist, wenn die Menge an Aluminium (in metallischer Form) im Vergleich zur Menge an Silizium, das in der Folien-Beschichtung enthalten ist, nicht zu groß wird. Wenn beidseitig beschichtete Folien zwischen benachbarte Blechlamellen eingefügt werden, dann kann zum einen die Menge des Siliziums auf einfache Weise erhöht werden, ohne dass eine Dicke der Folien-Beschichtung zu groß wird. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges Anhaften der Folien-Beschichtung an beiden Seiten der Aluminiumfolie gewährleistet werden. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass die Summe der Schichtdicken der Folien- Aluminiumoxidschichten auf einfache Weise verdoppelt werden kann. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass sich im hergestellten Blechpaket zwischen den Elektroblechen während der Wärmebehandlung eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid bildet. Ferner kann erreicht werden, dass der Massenanteil an Aluminium begrenzt ist, um insbesondere ein Ansteigen einer Magnetostriktion mit zunehmendem Aluminiumanteil zu reduzieren oder ganz zu verhindern.

Vorteilhaft ist es, wenn zumindest teilweise zumindest zwei der Folienlamellen zwischen benachbarten Blechlamellen angeordnet werden. Für eine Legierung der Blechlamellen ist es vorteilhaft, wenn eine wesentliche Erhöhung des Massenanteils von Silizium erfolgt, der Massenanteil von Silizium und Aluminium aber nicht zu groß wird. Dies bedeutet, dass es in der Regel vorteilhaft ist, wenn die Menge an Aluminium (in metallischer Form) im Vergleich zur Menge an Silizium, das in der Folien-Beschichtung enthalten ist, nicht zu groß wird. Wenn mehrere Folienlamellen zwischen benachbarte Blechlamellen eingefügt werden, dann kann zum einen die Menge des Siliziums auf einfache Weise erhöht werden, ohne dass eine Dicke der Folien-Beschichtung zu groß wird. Dadurch kann insbesondere ein zuverlässiges Anhaften der Folien-Beschichtung an der betreffenden Seite der Aluminiumfolie gewährleistet werden. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass die Summe der Schichtdicken der Folien- Aluminiumoxidschichten auf einfache Weise vergrößert werden kann. Hierdurch wird verhindert, dass eine Folien-Aluminiumoxidschicht beispielsweise bei der Handhabung teilweise abgerieben wird oder auf sonstige Weise in Teilen abfällt. Somit kann insbesondere erreicht werden, dass sich im hergestellten Blechpaket eine isolierende Schicht aus Aluminiumoxid bildet. Ferner kann erreicht werden, dass der Massenanteil an Aluminium begrenzt ist, um insbesondere ein Ansteigen einer Magnetostriktion mit zunehmendem Aluminiumanteil zu reduzieren oder ganz zu verhindern. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn zwei Folienlamellen anstelle einer einzigen Folienlamelle zum Einsatz kommen, wobei die beiden Folienlamellen insgesamt die gleich Dicke haben wie die einzelne Folienlamelle. Beispielsweise können statt einer Folienlamelle mit einer Dicke von 10 pm dann zwei Folienlamellen mit jeweils 5 pm mit jeweils einer Folien-Aluminiumoxidschicht zum Einsatz kommen, wodurch sich die Gesamtdicke der Folien-Aluminiumoxidschichten verdoppeln kann.

Vorteilhaft ist es auch, wenn eine Dicke der Folienlamellen und der auf die Folienlamellen aufgebrachte Legierungswerkstoff und gegebenenfalls der elektrisch isolierende Feststoff so gewählt sind, dass nach der Warmbehandlung zumindest an einem Teil der Oberfläche der Blechlamellen zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zumindest näherungsweise 6,5 % und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 % sind. Insbesondere kann hierdurch eine verschwindende Magnetostriktion erzielt werden, wodurch sich eine geringe Druckempfindlichkeit und eine hohe magnetische Permeabilität ergeben. Die oberflächennahe Legierung kann beispielsweise einen Randbereich beziehungsweise eine Randzone von etwa 500 pm betreffen. Dies ist vorteilhaft, da Wirbelströme bei hohen Frequenzen ebenfalls oberflächennah auftreten. Ein Kernbereich kann dann in vorteilhafter Weise ohne oder mit einem reduzierten Massenanteil von Silizium und/oder Aluminium realisiert werden, so dass der Werkstoff der Elektrobleche dort zäh und somit mechanisch gut belastbar ist. Vorzugsweise ist der Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 %. Der Ausgangswerkstoff der Blechlamellen kann hierbei beispielsweise mit einem Massenanteil von etwa 3 % Silizium ausgebildet sein. Durch die Wärmebehandlung wird dann der Massenanteil von Silizium weiter erhöht, so dass sich vorzugsweise ein Massenanteil von 6,5 % für Silizium ergibt.

Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, dass eine Dicke der Folienlamellen und der auf die Folienlamellen aufgebrachte Legierungswerkstoff und gegebenenfalls der elektrisch isolierende Feststoff so gewählt sind, dass nach der Wärmebehandlung zumindest an einem Teil der Oberfläche der Blechlamellen zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zwischen etwa 4 % und etwa 5 % liegt und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht den Einsatz eines kostengünstigen Werkstoffs für die Blechlamellen. Insbesondere können dann Blechlamellen mit einem Werkstoff zum Einsatz kommen, die keinen wesentlichen Anteil an Silizium aufweisen. Durch die Wärmebehandlung kann dann der Massenanteil an Silizium erhöht werden. Vorzugsweise erfolgt die Erhöhung des Massenanteils von Silizium nicht bis in den Kernbereich der Blechlamellen, da eine hierfür erforderliche Wärmebehandlung in der Regel auch die Korngröße verändern würde. Somit kann eine Veränderung der Korngröße vermieden werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Folienlamellen eine Dicke von etwa 5 pm bis etwa 10 pm aufweisen und vorzugsweise möglichst dünn sind. Hierbei kann beispielsweise eine Folien-Aluminiumoxidschicht von 1 pm vorgesehen sein. Hierbei kann eine gewünschte Anzahl an Folienlamellen zwischen die Blechlamellen eingebracht werden. Somit wird eine vorteilhafte Handhabbarkeit ermöglicht, da insbesondere ein zumindest teilweises Ablösen der Folien- Aluminiumoxidschicht zuverlässig vermieden werden kann. Ein Vorteil in der Folien-Aluminiumoxidschicht der Aluminiumfolie liegt darin, dass sich daraus während der Wärmebehandlung eine Folien-Aluminiumoxidschicht zwischen den Elektroblechen als elektrisch isolierende Schicht ausbildet. Bei Pulver gibt es ein höheres Risiko für Stellen, die nicht ausreichend elektrisch isoliert sind.

Ferner kann bei dieser Ausgestaltung die Folien-Beschichtung relativ dünn sein, ohne dass der Massenanteil an Aluminium in den Blechlamellen nach der Wärmebehandlung unerwünscht groß wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn eine der Wärmebehandlung zum Legieren vorausgehende Wärmebehandlung der Blechlamellen mit den dazwischen angeordneten beschichteten Folienlamellen in einem Bereich von etwa 150°C bis 500°C über etwa eine bis etwa zwei Stunden durchgeführt wird. Hierdurch kann ein Haftverbundmittel oder ein Polysaccharid zuverlässig abgebaut werden. Die Wärmebehandlung kann hierbei unter Wasserstoff erfolgen. Bei beispielsweise 400°C wird beispielsweise Xanthan zu Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan zersetzt und so entfernt. Anschließend kann durch eine Wärmebehandlung bei beispielsweise 1250°C die Diffusion von Silizium und Aluminium in die Blechlamellen erfolgen. Wenn das Silizium und das Aluminium vollständig eindiffundiert sind, dann verbleibt zwischen den Blechlamellen das Aluminiumoxid als elektrisch isolierende Schicht.

Vorteilhaft ist es bei einem Blechpaket für einen Rotor, wenn die Folienlamellen so teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet sind, dass der Legierungswerkstoff mehr an den Blechpakten radial außenliegenden Teilen der Folienlamellen als an den radial innenliegenden Teilen der Folienlamellen vorgesehen ist. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass wellennah eine reduzierte Legierung erzielt ist, so dass der Werkstoff dort zäh bleibt. Wellenfern kann hingegen eine höhere Legierung erzielt werden, so dass der spezifische elektrische Widerstand erhöht ist und somit Ummagnetisierungsverluste reduziert sind.

Vorteilhaft ist es in entsprechender Weise, dass bei einem Blechpaket für einen Stator die Folienlamellen so teilweise mit dem Legierungswerkstoff beschichtet werden, dass der Legierungswerkstoff näher an den radial innenliegenden Teilen der Folienlamellen als an den radial außenliegenden Teilen der Folienlamellen vorgesehen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer Aluminiumfolie entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Aluminiumfolie mit einer Folien-Beschichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 die in Fig. 2 dargestellte Aluminiumfolie im teilweise aufgerollten Zustand in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4 den Aufbau eines Blechpakets entsprechend einem Ausführungsbeispiel bei der Herstellung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung, dabei stellt der linke Teil den Ausschnitt des Blechpakets vor der Wärmebehandlung und der rechte Teil den Ausschnitt des Blechpakets nach der Wärmebehandlung dar, wobei der in Fig. 4A mit IV gekennzeichnete Ausschnitt gezeigt ist; Fig. 4A ein ganzes Blechpaket in einer schematischen Darstellung;

Fig. 5 den in Fig. 1 dargestellten Aufbau bei der Herstellung entsprechend einer abgewandelten Ausgestaltung vor der Wärmebehandlung, wobei wie in Fig. 4 ein Ausschnitt des ganzen Blechpakets dargestellt ist;

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine beschichtetes Folienlamelle für das in Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 dargestellte Blechpaket entsprechend einer möglichen Ausgestaltung;

Fig. 7 das in Fig. 1 beziehungsweise in Fig. 2 dargestellte Blechpaket im hergestellten Zustand nach der Wärmebehandlung;

Fig. 8A ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Austenitstabilisator dargestellt ist;

Fig. 8B ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Eutektoidbildner dargestellt ist; und

Fig. 8C ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Ferritbildner dargestellt ist.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Aluminiumfolie 11 entsprechend einem Ausführungsbeispiel in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Die Aluminiumfolie 11 weist eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 auf. Ferner weist die Aluminiumfolie 11 eine Trägerfolie 10 auf, die nicht oxidiert ist und somit aus Reinaluminium besteht. Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Aluminiumfolie 11 mit einer Folien- Beschichtung 17 entsprechend dem Ausführungsbeispiel. Die Folien- Beschichtung 17 ist aus einem Legierungswerkstoff 16 gebildet und auf einer der Seiten 12, 13 aufgebracht. Der Legierungswerkstoff 16 umfasst Silizium und besteht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Silizium. Die Folien- Beschichtung 17 kann weitere Bestandteile aufweisen. Vorteilhaft ist eine möglichst dünne Ausgestaltung der Aluminiumfolie 11 mit einer möglichst dicken Folien-Beschichtung 17 mit Legierungselementen, wie Silizium.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargestellte Aluminiumfolie 11 im teilweise aufgerollten Zustand in einer schematischen Darstellung. Die Folien-Beschichtung 17 ist hierbei zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Von der Aluminiumfolie 11 werden Folienlamellen 6, 7 abgetrennt, die dann jeweils mit der Folien- Beschichtung 17 beschichtet sind.

Die Aluminiumfolie 11 kann dann so angeliefert werden, dass an einer oder beiden Seiten 12, 13 der Aluminiumfolie 11 eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 vorgesehen ist. Somit kann sich je nach Ausgestaltung nur an einer der Seiten 12, 13 oder auch an beiden Seiten 12, 13 eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8, 9 befinden. Die Aluminiumfolie 11 kann sich aufgerollt auf einer Rolle 18 befindet, die schematisch veranschaulicht ist.

Vorzugsweise befindet sich an nur einer der Seiten 12, 13 eine Folien- Aluminiumoxidschicht 8 sowie an nur einer der Seiten 12, 13 die Folien- Beschichtung 17, die auf Silizium basiert.

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Blechpakets 1 entsprechend einem Ausführungsbeispiel bei der Herstellung in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung.

Hierbei zeigt 4 den in Fig. 4A mit IV gezeigten Ausschnitt aus dem ganzen Blechpaket 1.

Das Blechpaket 1 kann insbesondere für einen Rotor 2 (Fig. 6) oder einen Stator einer elektrischen Maschine 3 dienen. Solch ein Rotor 2 kann dann mehrere solche Blechpakete 1 aufweisen. Insbesondere eignet sich das Blechpaket 1 für eine elektrische Maschine 3, die als elektrischer Antriebsmotor 3 für Kraftfahrzeuge dient.

Zur Herstellung des Blechpakets 1 werden erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

In einem ersten Schritt werden Folienlamellen 6,7,10,11 bereitgestellt, die jeweils eine Trägerfolie 10 aus Aluminium, also eine Aluminiumfolie, und eine auf der Trägerfolie 10 gebildete natürliche oder erzeugte Isolatorschicht 8, insbesondere eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8, aufweisen und jeweils auf zumindest einer Seite 12, 13 eine Folien-Beschichtung 17 haben. Die Folien-Beschichtung 17 umfasst einen Legierungswerkstoff 16, beispielsweise Silizium, ein Haftverbundmittel und insbesondere zusätzlich Aluminiumoxid in Pulverform.

In einem nachfolgenden zweiten Schritt werden Blechlamellen 4, 5 des Blechpakets 1 bereitgestellt, die insbesondere elektrisch unisoliert sind.

In einem nachfolgenden dritten Schritt erfolgt ein wechselweises Stapeln von Blechlamellen 4, 5 und Folienlamellen 6,7,11 derart, dass zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 jeweils zumindest eine Folienlamelle 6, 7,11 liegt.

In einem nachfolgenden vierten Schritt erfolgt ein Erwärmen, insbesondere Wärmebehandeln, des Stapels von Blechlamellen 4, 5 und Folienlamellen 6,7,11 derart, dass a) das Aluminium aus den Trägerfolien 10 der Folienlamellen 6,7,10,11 mit einer bestimmten Tiefe ins Metall der jeweils benachbarten Blechlamelle 4,5 diffundiert unter Auflösung der Trägerfolie 10 und dass der Legierungswerkstoff 16 aus der Folien-Beschichtung 17 der Folienlamellen 6,7,11 mit einer bestimmten Tiefe 25, 26 ins Metall der benachbarten Blechlamelle 4,5 unter Bildung eines auflegierten Bereichs 23,24 diffundiert, und b) das Aluminiumoxid (AI2O3) aus der Folien-Aluminiumoxidschicht 8 oder aus der Folien-Beschichtung 17 der Folienlamellen 6,7,11 unter Bildung einer Isolationsschicht 27 zwischen den Blechlamellen 4, 5 zurückbleibt.

Das Erwärmen im vierten Schritt kann beispielsweise durch Strahlung und/oder Konvektion, induktiv oder durch Stromfluss durch die Blechlamellen 4,5 erfolgen. Das Blechpaket 1 weist Blechlamellen 4, 5, 5‘ auf, die auf einem Eisenwerkstoff basieren.

Bei der Herstellung wird zwischen benachbarte Blechlamellen 4, 5, 5‘ jeweils zumindest eine Folienlamelle 6, 7 angeordnet. In dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Folienlamelle 6 zwischen den Blechlamellen 4, 5 und eine Folienlamelle 7 zwischen den Blechlamellen 4, 5‘ angeordnet.

Es wird vorzugsweise eine Aluminiumfolie 11 einer ganzen Rolle bzw. eines ganzen Coils beschichtet und wieder aufgerollt. Bei der Herstellung der Blechpakete 1 , das durch abwechselndes Stapeln von Blechlamellen (Elektroblech) 4, 5 und Aluminiumfolie erfolgt, werden die Folienlamellen 6, 7 von der bzw. aus der Aluminiumfolienrolle 11 ab- bzw. ausgeschnitten und zwischen die Blechlamellen 4, 5, 5‘ gelegt.

Bei der dargestellten Ausgestaltung weist die Folienlamelle 6 an beiden Seiten 12, 13 jeweils eine Folien-Aluminiumoxidschicht 8 auf. Ferner ist die Folien- Beschichtung 17 auf beide Seiten 12, 13 der Folienlamelle 6 aufgebracht.

Nach einer Warmbehandlung wird der in der Fig. 4 rechts dargestellte Zustand erreicht. Hierbei hat sich das Volumen der Blechlamellen 4, 5, 5‘ jeweils vergrößert, da das Silizium und das Aluminium in auflegierte Zonen oder Bereiche 23, 24 der Blechlamellen 4,5 eindiffundiert sind. Hierbei kann von dem Aluminium ein Eutektikum mit dem Silizium gebildet werden, was das Eindiffundieren erleichtert. Das Aluminiumoxid 8 verbleibt zwischen den Schichten 4, 5, 5‘.

Fig. 5 zeigt den in Fig. 1 dargestellten Aufbau bei der Herstellung entsprechend einer abgewandelten Ausgestaltung, wobei wie in Fig. 4 ein Ausschnitt des ganzen Blechpakets dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung können Folienlamellen 6, 7 von der Aluminiumfolie 11 abgetrennt und jeweils mehrere, beispielsweise zwei Folienlamellen 6,7, zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass mengenmäßig mehr Aluminiumoxid und/oder Legierungswerkstoff 16 zwischen benachbarte Blechlamellen 4, 5 eingebracht werden kann, wenn die zum Einsatz kommende Aluminiumfolie 11 dann beispielsweise eine halb so dicke Schicht 10 aus reinem Aluminium aufweist. Das Einbringen von entsprechend mehr Aluminiumoxid und/oder Legierungswerkstoff 16 kann dadurch erreicht werden, ohne dass die Handhabung zu stark beeinträchtigt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Schichtaufbau der Folienlamellen 6, 7 in Fig. 5 nicht dargestellt. Dieser ergibt sich in entsprechender Weise aus der anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausgestaltung. Die Folienlamellen 6, 7 sind vorzugsweise sehr viel dünner als die Folien-Beschichtung 17 mit dem Legierungswerkstoff 16.

Die Folien-Beschichtung 17 kann einen Haftverbundmittel und/oder ein Polysaccharid, insbesondere Xanthan, aufweisen, mit dem der Legierungswerkstoff 16 auf die Oberseite 14 der Aluminiumfolie 11 und somit der Folienlamellen 6, 7 aufgebracht wird. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Legierungswerkstoff 16 allerdings auch als wässrige Suspension aufgetragen werden. Allerdings hat das Aufträgen mittels eines Haftverbundmittels und/oder eines Polysaccharids den Vorteil, dass ein gleichmäßigerer und konstanterer Auftrag auf in der Regel bereits ausgestanzte Blechlamellen 4, 5 auch bei komplexen Geometrien möglich ist. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der pulverförmige Legierungsstoff 16 nach dem Trockenen nicht von der Aluminiumfolie 11 und der Folienlamelle 6, 7 herunterfällt.

Durch eine Wärmebehandlung, die der Wärmebehandlung zum Legieren vorausgeht, können das Haftverbundmittel beziehungsweise das Polysaccharid entfernt werden. Diese Wärmebehandlung kann in einer Wasserstoffatmosphäre in einem Bereich von etwa 150°C bis 500°C über etwa eine bis etwa zwei Stunden durchgeführt werden.

Es sind weitere Abwandlungen denkbar. Beispielsweise können auch mehr als zwei Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen 4, 5 angeordnet werden. Außerdem ist es denkbar, dass innerhalb des Blechpakets 1 Variationen im Aufbau realisiert werden. Beispielsweise ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass stets Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen vorgesehen sind oder dass stets die gleiche Anzahl an Folienlamellen 6, 7 zwischen benachbarten Blechlamellen vorgesehen ist. Vorzugsweise ist jedoch ein einheitlicher Aufbau des Blechpakets bei der Herstellung realisiert. Eine Dicke der Aluminiumfolie 11 und somit der Folienlamellen 6, 7 sowie Ausgestaltung und Zusammensetzung der Folien-Beschichtung 17, insbesondere des Legierungswerkstoffs 16, sind so gewählt, dass nach der Wärmebehandlung zumindest an einem Teil 20 der Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 zumindest oberflächennah ein Massenanteil des Siliziums zumindest näherungsweise 6,5 % und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als 8,5 % sind. Dies ergibt sich in entsprechender Weise für die Blechlamelle 4. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann eine Vorgabe gewählt werden, bei der der Massenanteil des Siliziums zwischen etwa 4 % und etwa 5 % liegt und ein Massenanteil von Silizium und Aluminium nicht größer als etwa 8,5 % ist. Die Legierung der Blechlamelle 5 kann an der gesamten Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 erfolgen. Die Legierung kann allerdings auch nur an einem Teil 20 der Oberfläche 21 der Blechlamelle 5 erfolgen, wie es nachfolgend auch unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben ist.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine beschichtete Folienlamelle 6, das auf der Blechlamelle 5 angeordnet ist, für das in Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 dargestellte Blechpaket 1 entsprechend einer möglichen Ausgestaltung für einen Rotor 2. Hierbei ist der Teil 20 ein radial außenliegender Teil 20, in dem im Betrieb zumindest im Wesentlichen grundsätzlich mögliche Wirbelströme auftreten können. Gerade hier ist deshalb eine höhere Legierung sinnvoll, um die Verluste durch Wirbelströme zu verhindern. Ein anderer Teil 22 ist ein radial innenliegender Teil 22 der Oberfläche 21. Den Teilen 20, 22 der Blechlamelle 5 entsprechen Teile 20‘, 22‘ der Folienlamelle 6. Die Folienlamelle 6 kann nun so mit der Folien-Beschichtung 17 versehen sein, dass sich die Folien-Beschichtung 17 nur auf dem Teil 20‘ der Folienlamelle 6 befindet. Dies bedeutet, dass nach der Herstellung eine höhere Legierung im Teil 20 der Blechlamelle 5 als im anderen Teil 22 der Blechlamelle 5 erzielt ist. Insbesondere kann dadurch der Eisenwerkstoff im Teil 22, mit dem die Blechlamelle 5 beispielsweise auf eine Welle aufgepresst wird, eine höhere mechanische Belastbarkeit aufweisen.

Hierbei wird im Teil 22 dafür gesorgt, dass es nicht zur Spaltbildung kommt, da das Silizium in dem Teil 20 nach dem Eindiffundieren in das Eisen des Elektroblechs 5 mit seinem Volumen nicht verschwindet, sondern das Elektroblech 5 entsprechend in der Dicke zunimmt. Um dies zu kompensieren, kann z. B. im Teil 21 ein inertes Pulver, wie ein Aluminiumoxidpulver, verwendet werden.

Die anhand der Fig. 6 beschriebene Ausgestaltung für einen Rotor 2 kann in entsprechend umgekehrter weise an einem Blechpaket 1 realisiert werden, das für einen Stator dient.

Fig. 7 zeigt das in Fig. 5 dargestellte Blechpaket 1 im hergestellten Zustand. In entsprechender Weise ergibt sich das in der Fig. 4 auf der rechten Seite dargestellte Blechpaket 1. Durch die zum Legieren dienende Wärmebehandlung, die beispielsweise in einem Bereich von 950°C bis 1250°C, vorzugsweise bei 1000°C bis 1100°C, über beispielsweise 10 bis 30 Minuten erfolgen kann, wird eine Diffusion von Silizium und Aluminium in die Blechlamellen 4, 5 erreicht. Hierbei wird vorzugsweise eine oberflächennahe Diffusion erreicht, so dass sich durchschnittliche Eindringtiefen 25, 26 für die Blechlamellen 4, 5 ergeben, die kleiner als eine halbe Blechdicke der Blechlamellen 4, 5 sind. Zwischen den Blechlamellen 4, 5 verbleibt eine Aluminiumoxidschicht 27 als Isolator 27, wobei eine Dicke 28 des Aluminiumoxids vorgebbar ist. Kerne 29, 30 der Blechlamellen 4,5 sind dann in Bezug auf den Legierungswerkstoff 16 geringer legiert oder weitgehend unlegiert.

Bei einer möglichen Ausgestaltung kann die Aluminiumfolie 11 eine Dicke von etwa 5 pm bis etwa 10 pm aufweisen. Eine beispielsweise beidseitig anodisch oxidierte Aluminiumfolie 11 kann bei einer abgewandelten Ausgestaltung allerdings auch eine Foliendicke von 0,03 mm und eine Oxidschichtdicke von 5 bis 6 pm aufweisen. Der Legierungswerkstoff 16 in Form eines Siliziumpulvers mit einer mittleren Korngröße von beispielsweise 1 bis 5 pm eignet sich insbesondere für solch eine Foliendicke von 0,03 mm. Bei einer Foliendicke von beispielsweise 5 pm kann ebenfalls ein Siliziumpulver mit einer mittleren Korngröße von 1 bis 5 pm und gegebenenfalls zusätzlich ein Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Korngröße von 0,5 pm zum Einsatz kommen. Die Aluminiumfolie 11 kann dann beispielsweise eine Folien- Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von 1 pm und eine metallische Aluminiumschicht von 4 bis 5 pm aufweisen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann die Folien-Aluminiumoxidschicht der Aluminiumfolie 11 und somit an den Folienlamellen 6, 7 auch entfallen, wenn Aluminiumoxid zusätzlich zu dem Legierungswerkstoff 16 über die Folien- Beschichtung 17 auf die Aluminiumfolie 11 aufgebracht wird. Das Aluminiumoxid kann hierbei ein Aluminiumoxidpulver sein. Prinzipiell kann auch eine Aluminiumfolie 11 mit zumindest einer Folien-Aluminiumoxidschicht 8, 9 und zusätzlich eine Folien-Beschichtung 17, die ein Aluminiumoxid aufweist, zum Einsatz kommen.

Als elektrisch isolierender Bestandteil der Folien-Beschichtung 17 können auch andere elektrisch isolierende Feststoffe, die vorzugsweise als elektrisch isolierende Pulver zum Einsatz kommen, dienen, wenn diese insbesondere bis 1250°C in Wasserstoffatmosphäre stabil sind und nicht schmelzen. In einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt erst ab 1300°C eine signifikante Reduktion von Aluminiumoxid um einen Massenanteil von maximal 20 %. Bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1250°C werden maximal 7 % des Aluminiumoxids reduziert. Auch Siliziumoxid (SiC>2) und Mullit (AI(4+2x)Si(2-2x 0(io-x) mit x =0,17 bis 0,59) sind in stark reduzierender Wasserstoffatmosphäre bis 1250°C stabil und schmelzen nicht. Vorzugsweise kommen Oxide aus Aluminium und Silizium zum Einsatz, um den Isolator 27 auszubilden.

Die Folienlamellen 6, 7 können aus der Aluminiumfolie 11 vor dem Stapeln zum Blechpaket 1 auf die gleiche Form gestanzt werden wie die Blechlamellen 4, 5. Allerdings können auch ungestanzte Folienlamellen 6, 7 zwischen die Blechlamellen 4, 5 gestapelt werden. Dann kann nach dem Stapeln die überstehende Folie entfernt werden. Es ist auch möglich, dass die überstehende Folie nicht entfernt wird und bei der Wärmebehandlung ein Abtropfen der überstehenden Folie erfolgt.

Im hergestellten Zustand weist beispielsweise die als Isolator 27 dienende Aluminiumoxidschicht 27 zumindest teilweise noch die feinen Kanäle senkrecht zur Schichtebene auf, die für eine Oxidschicht von anodisch oxidiertem Aluminium typisch sind. Ferner kann hierbei ein Schichtaufbau der Aluminiumoxidschicht 27 aus mehreren dünnen Teilschichten bestehen. Anhand der Fig. 8A, 8B und 8C ist der Einfluss geeigneter Legierungselemente X auf die Größe des jeweiligen Austenitbereichs im jeweiligen Phasendiagramm von FeX veranschaulicht. Hierbei ist die Konzentration des jeweiligen Legierungselements X in Gew-% jeweils an der x-Achse angetragen, während die Temperatur T jeweils an der y-Achse angetragen ist.

Fig. 8A zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Austenitstabilisator dargestellt ist. Durch Mangan als Austenitstabilisator wird die Austenitphase (Gamma), wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, mit zunehmender Konzentration von Mangan bei immer tieferen Temperaturen stabil. Im Diagramm ist als untere Temperaturgrenze Raumtemperatur dargestellt.

In Fig.8A ist ein beispielhafter erfindungsgemäßer Verlauf gemäß einer Linie Y eingezeichnet, der den Effekt der Austenitstabilisierung im Laufe der Wärmebehandlung veranschaulicht. Durch das Eindiffundieren des Austenitstabilisators in die jeweilige Blechlamelle 4,5 wird der Austenit der erwärmten Blechlamelle 4,5 so stabilisiert, dass bei Abkühlung der Blechlamelle 4,5 keine Umwandlung des Austenits wieder in Ferrit entsprechend dem Phasendiagramm erfolgt.

Fig. 8B zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Eutektoidbildner dargestellt ist.

Durch Kupfer als Eutektoidbildner wird die Austenitphase, wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, mit zunehmender Konzentration von Kupfer bei tieferen Temperaturen stabil. Jedoch kann dadurch keine Stabilität bis hinunter zur Raumtemperatur erzielt werden. Vielmehr tritt bei einer bestimmten Kupferkonzentration ein Minimum für die Temperatur auf, bei der die Austenitphase noch stabil ist. Dieses Gebiet, in dem Austenit auch bei niedriger Temperatur deutlich unterhalb von A3 stabil ist, ermöglicht den Austenit beim Abkühlen quasi einzufrieren und so bei der weiteren Abkühlung bis zur Raumtemperatur zu bewahren. Danach nimmt die Temperatur, bis zu der die Austenitphase stabil ist, mit weiter zunehmender Konzentration an Kupfer zu. Dadurch wird es zunehmend erschwert, den Austenit bei Abkühlen quasi einzufrieren und dies letztendlich auch nicht mehr möglich. Eine weitere Steigerung der Kupferkonzentration führt zu der Konzentration, ab der die Bildung einer Austenitphase im Eisen nicht mehr möglich ist. Fig. 8C zeigt ein Phasendiagramm zur Erläuterung der Erfindung, wobei ein Diagramm für einen Ferritbildner dargestellt ist.

Durch Ferritbildner wie Silizium oder Aluminium wird Ferrit (Alpha), wie im skizzierten Phasendiagramm dargestellt, die bei Raumtemperatur stabile Phase. Dies bedeutet, dass der Austenit nur bei gleichzeitigem Vorliegen einer niedrigen Konzentration des Ferritbildners und einer hohen Temperatur stabil ist. Daher kann der Austenit beim Abkühlen nicht einfrieren, da er sich bei noch hoher Temperatur in Ferrit umwandelt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.