WEIKEL, Peter (Wehneberger Strasse 8, Ludwigsau-Friedlos, 36251, DE)
HILLERMANN, Jens (Lambertstrasse 5, Bad Hersfeld, 36251, DE)
WEIKEL, Peter (Wehneberger Strasse 8, Ludwigsau-Friedlos, 36251, DE)
| Patentansprüche |
| 1. Verfahren zur Herstellung eines rotationssyπunetrischen Bauteils, bei dem ein Metallkörper zunächst in einem Fer- tigungsschritt mit Kunststoff umgeben wird und das Bau¬ teil in einem Auswuchtschritt ausgewuchtet wird, da¬ durch gekennzeichnet , dass zwischen dem Ferti¬ gungsschritt und dem Auswuchtschritt ein Belastungs¬ schritt eingeführt wird und dass das Bauteil in dem Be- lastungsschritt mechanisch belastet wird. |
| 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net , dass in dem Belastungsschritt Stöße oder Erschüt¬ terungen in das Bauteil eingeleitet werden. |
| 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet , dass für die mechanische Belastung ein Bol¬ zen eingesetzt wird, welcher mehrfach auf den Mantel des Bauteils aufgestoßen wird. |
| 4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet , dass der Belas¬ tungsschritt bei Temperaturen oberhalb von 30° erfolgt. |
| 5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet , dass in dem Ferti¬ gungsschritt ein von Spulen umwickelte Anker eines Rotors eines Elektromotors hergestellt wird und die Spulen mit dem Kollektor verbunden werden und anschließend der Kunststoff um die Spulen und einen Teil der Anker aufge¬ tragen wird. erfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die mechani¬ sche Belastung an der Seite des Kollektors erfolgt. |
Verfahren zur Herstellung eines rotationssyiτimetrischen Bau¬ teils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines rotationssynnmetrischen Bauteils, bei dem ein Metallkörper zu¬ nächst in einem Fertigungsschritt mit Kunststoff umgeben wird und das Bauteil in einem Auswuchtschritt ausgewuchtet wird.
Von Kunststoff umspritzte Bauteile mit einem Metallkörper werden häufig in mechanischen Antrieben oder Pumpen in Kraft¬ fahrzeugen eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Der Metallkörper solcher Bauteile hat meist eine gelagerte Welle, auf der in dem Fertigungsschritt der Kunststoff beispielswei¬ se im Spritzgussverfahren aufgebracht wird. In dem sich in der Praxis unmittelbar anschließenden Auswuchtschritt wird das Bauteil durch Materialauftrag oder Materialwegnahme an vorgesehenen Stellen ausgewuchtet.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass nach einiger Zeit eine erneute Unwucht auftritt. Diese Unwucht führt zu einer hohen Lagerbelastung und einer sehr kurzen Lebensdauer der das rotationssymmetrische Bauteil aufweisenden Vorrich- tung.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass nach dem Aus¬ wuchtschritt eine mögliche Rest-Unwucht dauerhaft weitestge- hend konstant bleibt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwi¬ schen dem Fertigungsschritt und dem Auswuchtschritt ein Be- lastungsschritt eingeführt wird und dass das Bauteil in dem Belastungsschritt mechanisch belastet wird.
Durch diese Gestaltung lassen sich Spannungen innerhalb des rotationssymmetrischen Bauteils vor dem Auswuchtschritt frei¬ setzen oder relaxieren. Das Lösen der Spannungen führt mögli¬ cherweise zu einer weiteren Unwucht, welche jedoch dann in dem abschließenden Auswuchtschritt ausgeglichen wird. Dank der Erfindung ist das rotationssymmetrische Bauteil nach dem Belastungsschritt und damit auch nach dem Auswuchtschritt weitestgehend frei von Spannungen. Durch die frühzeitige Freisetzung oder Relaxierung der Spannungen vor dem Auswucht¬ schritt wird verhindert, dass einige Zeit nach dem Auswucht¬ schritt Spannungen freigesetzt werden und eine erneute Un- wucht auftritt. Daher ist nach dem Auswuchtschritt eine mög¬ liche Rest-Unwucht dauerhaft weitestgehend konstant.
In dem Belastungsschritt könnte das rotationssymmetrische Bauteil gebogen, gepresst oder gerollt werden. Die Spannungen des rotationssymmetrischen Bauteils lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverläs¬ sig freisetzen, wenn in dem Belastungsschritt Stöße oder Er¬ schütterungen in das Bauteil eingeleitet werden.
Der Belastungsschritt lässt sich gemäß einer anderen vorteil¬ haften Weiterbildung der Erfindung mit einem besonders gerin¬ gen Aufwand durchführen, wenn für die mechanische Belastung ein Bolzen eingesetzt wird, welcher mehrfach auf den Mantel des Bauteils aufgestoßen wird. Eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung des Belastungsschritts benötigt daher nur einen Halte¬ bock zur Halterung des rotationssymmetrischen Bauteils und den beweglichen Stößel. Damit ist eine solche Vorrichtung zur Durchführung des Belastungsschritts besonders einfach aufge¬ baut.
Die Spannungen in dem rotationssymmetrischen Bauteil lassen sich sowohl im warmen als auch im kalten Zustand freisetzen. Versuche haben gezeigt, dass der Aufwand für den Belastungs¬ schritt gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders gering ist, wenn der Belastungsschritt bei Temperaturen oberhalb von 30° erfolgt. Hierdurch lässt sich der Belastungsschritt in einer besonders kurzen Zeit¬ spanne und mit einer besonders geringen Anzahl von Stößen durchführen. Vorzugsweise erfolgt die mechanische Belastung im noch warmen Zustand des Bauteils oberhalb 100 0C nach dem Fertigungsschritt.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfah¬ ren bei Elektromotoren, insbesondere Kleinmotoren zum Antrieb von Pumpen oder Stellvorrichtungen in Kraftfahrzeugen einset¬ zen, wenn in dem Fertigungsschritt ein von Spulen umwickelter Anker eines Rotors eines Elektromotors hergestellt wird und die Spulen mit dem Kollektor verbunden werden und anschlie¬ ßend der Kunststoff um die Spulen und einen Teil des Ankers aufgetragen wird. Hierdurch ist das rotationssymmetrische Bauteil als Rotor eines Elektromotors ausgebildet. Bei sol- chen Rotoren ist eine Unwucht besonders störend, da diese we¬ gen der meist hohen Drehzahl zu Geräuschen führt. Weiterhin werden Elektromotoren mit solchen Rotoren meist unzugänglich in dem Kraftfahrzeug angeordnet, so dass bei deren Ausfall häufig sehr große und daher kostenintensive Baugruppen ausge- tauscht werden müssen. Da die Rotoren der Elektromotoren aus vielen unterschiedlichen Bauteilen bestehen, führt die Frei¬ setzung der Spannungen in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer deutlichen Verbesserung der Lebensdauer des Elektromo¬ tors und des akustischen Verhaltens.
Die mechanische Belastung könnte beispielsweise in der Mitte oder an allen Seiten des rotationssymmetrischen Bauteils ein¬ geleitet werden. Der Belastungsschritt erfolgt jedoch beson¬ ders effektiv wegen der Masseverteilung des Rotors, wenn die mechanische Belastung an der Seite des Kollektors erfolgt. Damit wird die mechanische Belastung nahe des Schwerpunktes in den Rotor eingeleitet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur wei¬ teren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig.l einen Rotor eines Elektromotors im Teilschnitt während eines Belastungsschritts,
Fig.2 den Rotor aus Figur 1 während eines Auswucht¬ schritts.
Figur 1 zeigt schematisch im Teilschnitt einen Rotor 1 eines Elektromotors, insbesondere eines Kleinmotors zum Antrieb von Pumpen oder Stellvorrichtungen in einem Kraftfahrzeug, wäh¬ rend eines Belastungsschritts mit einer Belastungsvorrichtung 2. Der Rotor 1 hat einen Metallkörper 4 mit einem auf einer Welle 3 befestigten Ankerpaket 5. Das Ankerpaket 5 ist von Spulen 7 umwickelt. Die Spulen 7 sind mit einzelnen Lamellen 8 des Kollektors 6 verbunden. über nicht dargestellte Schleifkontakte des Elektromotors lassen sich die Spulen 7 bestromen. Die Spulen 7 und der Metallkörper 4 sind von Kunststoff 9 umspritzt. Die Belastungsvorrichtung 2 hat einen mit einem vorgesehenen Impuls axial auf die Mantelfläche des Rotors 1 bewegbaren Stößel 10 und einen Haltebock 11 zur Ab¬ stützung der Welle 3. Im einfachsten Fall ist der Halteblock 11 Teil eines getakteten Transportbandes.
Zur Herstellung des Rotors 1 wird in einem Fertigungsschritt zunächst das Ankerpaket 5 mit den Spulen 7 und dem Kollektor 6 auf der Welle 3 befestigt. Anschließend wird der Rotor 1 in eine nicht dargestellte Spritzgussform eingelegt und mit dem Kunststoff 9 umspritzt. Der aus der Spritzgussform entnommene Rotor 1 hat zwangsläufig eine Unwucht durch ungleichmäßige Wicklungen der Spulen 7, Toleranzen des Metallkörpers 4 und durch Inhomogenitäten des Kunststoffs 9. Diese Unwucht führt im in den Elektromotor eingebauten Zustand zu Vibrationen, störenden Geräuschen, welche sich auf andere Bauteile über¬ tragen können, und einer kurzen Lebensdauer und muss besei¬ tigt werden. Vor der Beseitigung der Unwucht wird vorzugswei¬ se der noch warme, aus der Spritzgussform entnommene Rotor 1 in einem Belastungsschritt mechanisch belastet. Hierbei wird der Stößel 10 der Belastungsvorrichtung 2 auf der Seite des Kollektors 6 mehrfach auf die Mantelfläche des Rotors 1 auf¬ gestoßen, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Dieses Aufstoßen führt zu einer Freisetzung von in dem Rotor 1 vorhandenen Spannungen. Solche Spannungen werden ohne mechanische Belas- tung nach einiger Zeit ohnehin freigesetzt und führen zu ei¬ ner Unwuchtveränderung. Durch die mechanische Belastung wird die Freisetzung der Spannungen erzeugt und so vor einem Aus¬ wuchtvorgang abgeschlossen.
Nach dem Belastungsschritt wird der Rotor 1 in einem Aus¬ wuchtschritt in eine Auswucht- und Prüfvorrichtung 12 gelegt und der Rotor 1 in Drehung versetzt, wie es in Figur 2 darge¬ stellt ist. Dabei wird die Unwucht des Rotors 1 festgestellt und beispielsweise durch Materialwegnahme an dem entsprechen¬ den Ankerpaket 5 beseitigt. Zur Veranschaulichung der Materi¬ alwegnahme ist beispielhaft eine, in dem Ankerpaket 5 beim Auswuchten eingearbeitete Vertiefung 13 dargestellt. über ei- ne Anzeige 14 der Prüfvorrichtung 12 kann die Rest-Unwucht dargestellt werden und damit entschieden werden, ob die Un¬ wucht innerhalb der gewählten Toleranz ist. Da die Spannungen im Rotor 1 bereits vor dem Auswuchtvorgang durch die mechani¬ schen Belastungen freigesetzt wurden, verändert sich die Un- wucht des mit dem beschriebenen Verfahren gefertigten Rotors 1 nicht mehr wesentlich. Die in der Prüfvorrichtung 12 ermit¬ telte Unwucht des Rotors 1 bleibt daher zeitlich weitestge- hend konstant.