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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A MATERIAL LAYER WITH AT LEAST ONE VOID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/112038
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a material layer (16) with at least one void (32) from a green body (52). In order to achieve a better cost position in comparison with the prior art, it is proposed that the production method comprises the following steps: applying (34) a first suspension (36), which contains at least one binder, through a first opening (38) in a first template (40); applying (44) a second suspension (46), which contains a binder and solid particles made of a second material, through a second opening (48) in a second template (50), the first opening (38) in the first template (40) being completely contained in the second opening (48) in the second template (50) so that the second suspension (46) completely surrounds the first suspension (36); sintering (54) the green body (52) containing the suspensions (36, 46), wherein, by means of the sintering process, the first suspension (36) is evaporated to provide the void (32) and permanent cohesion of the solid particles of the second suspension (46) is achieved.

Inventors:
SCHUH CARSTEN (DE)
SOLLER THOMAS (DE)
VOLLMER ROLF (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/081690
Publication Date:
June 02, 2022
Filing Date:
November 15, 2021
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F41/16; B33Y10/00; H01F41/02; H02K15/02
Domestic Patent References:
WO2020011821A12020-01-16
Foreign References:
DE102011109129A12013-01-17
EP3595132A12020-01-15
EP3595136A12020-01-15
EP3595135A12020-01-15
EP3725435A12020-10-21
EP3595148A12020-01-15
DE102011109129A12013-01-17
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Materiallage (16) mit zu mindest einer Aussparung (32) aus einem Grünkörper (52) um fassend folgende Schritte:

Aufbringen (34) einer ersten Suspension (36), welche zu mindest ein Bindemittel enthält, durch eine erste Ausneh mung (38) einer ersten Schablone (40),

Aufbringen (44) einer zweiten Suspension (46), welche ein Bindemittel und Feststoffteilchen aus einem zweiten Werk stoff enthält, durch eine zweite Ausnehmung (48) einer zweiten Schablone (50), wobei die erste Ausnehmung (38) der ersten Schablone (40) vollständig in der zweiten Ausnehmung (48) der zweiten Schablone (50) enthalten ist, sodass die zweite Suspensi on (46) die erste Suspension (36) vollständig umgibt, Sintern (54) des die Suspensionen (36, 46) enthaltenden Grünkörpers (52), wobei durch den Sintervorgang die erste Suspension (36) zur Bereitstellung der Aussparung (32) verflüchtigt wird und ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension (46) geschaffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grünkörper (52), insbesondere unmittelbar, nach dem Aufbringen (34) der ersten Suspension (36) und/oder nach dem Aufbringen (44) der der zweiten Suspension (46) durch Wärme zufuhr getrocknet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Schablone (40) eine im Wesentlichen kreisför mige Ausnehmung (38) aufweist, wobei beim Sintern (54) durch Verflüchtigung der ersten Sus pension (36) eine im Wesentlichen kreisförmige Ausspa rung (32) der Materiallage (16) bereitgestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die zweite Suspension (46) durch die zweite Schablo ne (50) dicker als die erste Suspension (36) durch die erste Schablone (40) aufgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Sintern ein Teil der Suspensionen (36, 46), insbesondere parallel zu einer ebenen Grundfläche (42), auf welcher der Grünkörper (52) aufliegt, abgetragen wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Werkstoff einen magnetischen metallischen Werkstoff, insbesondere magnetisches Eisen oder eine magneti sche Eisenlegierung, enthält.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend folgende weitere Schritte: erneutes Aufbringen (62) der ersten Suspension (36) nach dem Aufbringen (44) der zweiten Suspension (46) durch eine dritte Ausnehmung (64) einer dritten Schablone (66), wobei die zweite Ausnehmung (48) der zweiten Schablo ne (50) zumindest teilweise in der dritten Ausnehmung (64) der dritten Schablone (66) enthalten ist, sodass die mit tels der dritten Schablone (66) aufgetragene erste Suspen sion (36) die mittels der zweiten Schablone (50) aufgetra gene zweite Suspension (46) zumindest teilweise umgibt, erneutes Aufbringen (76) der zweiten Suspension (46) durch eine fünfte Ausnehmung (78) einer fünften Schablone (80), wobei die dritte Ausnehmung (64) der dritten Schablo ne (66) zumindest teilweise in der fünften Ausnehmung (78) der fünften Schablone (80) enthalten ist, sodass die mit tels der fünften Schablone (80) aufgetragene zweite Sus pension (46) die mittels der dritten Schablone (66) aufge tragene erste Suspension (36) zumindest teilweise umgibt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die dritte Schablone (66) derartig ausgeführt ist, dass durch Verflüchtigung der ersten Suspension (36) konzentrisch um die Aussparung (32) angeordnete weitere Aussparungen (58) ausgebildet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, umfassend folgende weitere Schritte:

Aufbringen einer dritten Suspension (70), welche ein Bin demittel und Feststoffteilchen aus einem dritten Werkstoff enthält, nach dem erneuten Aufbringen (62) der ersten Sus pension (36) durch eine vierte Ausnehmung (72) einer vier ten Schablone (74), wobei sich der dritte Werkstoff vom zweiten Werkstoff un terscheidet, wobei die vierte Ausnehmung (72) der vierten Schablo ne (74) zumindest teilweise in der dritten Ausnehmung (64) der dritten Schablone (66) enthalten ist, sodass die mit tels der vierten Schablone (74) aufgetragene dritte Sus pension (70) die mittels der dritten Schablone (66) aufge tragene erste Suspension (36) zumindest teilweise umgibt, Sintern (54) des die Suspensionen (36, 46, 70) enthalten den Grünkörpers (52), wobei durch den Sintervorgang ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension (46) und der dritten Suspension (70) geschaffen wird und Bereiche mit Feststoffteilchen der zweiten Suspension (46) und angren zende Bereiche mit Feststoffteilchen der dritten Suspensi on (70) stoffschlüssig verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dritte Werkstoff einen amagnetischen metallischen Werkstoff, insbesondere amagnetisches Eisen oder eine amagne tische Eisenlegierung, enthält.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Materiallage (16) mit einer Lagendicke (d) zwi schen 10 gm und 300 gm, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm, hergestellt wird.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens auf einer Lagenseite (28) eine elektrisch isolierende Beschichtung (30) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens auf einer Lagenseite (28) ein elektrisch isolierender Lack aufgebracht wird.

14. Verfahren zur Herstellung eines Materiallagengefüges für einen Rotor (6) oder einen Stator (8) einer elektrischen ro tierende Maschine (2) umfassend ein Herstellen von Material lagen (16), wobei zumindest eine der Materiallagen (16) nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt wird und wobei die Materiallagen (16) übereinander angeordnet werden.

Description:
Beschreibung

Verfahren zur Herstellung einer Materiallage mit zumindest einer Aussparung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Materiallage mit zumindest einer Aussparung aus einem Grün körper.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Materiallagengefüges für einen Rotor oder einen Stator einer elektrischen rotierenden Maschine.

In elektrischen rotierenden Maschinen kommen üblicherweise Blechpakete aus gestapelten Elektroblechen zum Einsatz, um eine Ausbreitung von Wirbelströmen zu unterdrücken. Derartige elektrische rotierende Maschinen sind beispielsweise Motoren und Generatoren. Die Elektrobleche, welche beispielsweise ei nen weichmagnetischen Werkstoff, insbesondere Eisen, enthal ten, werden üblicherweise aus gewalzten Großblechen herausge schnitten beziehungsweise gestanzt. Anschließend werden die Bleche zu einem Blechpaket paketiert. Durch ein derartiges konventionelles Herstellungsverfahren sind derzeit großtech nisch keine Bleche herstellbar, die eine Lagendicke von klei ner 100 pm aufweisen. Zudem fällt beim Herausschneiden bzw. Stanzen der Bleche aus den Großblechen Abfall an.

Die Offenlegungsschrift WO 2020/011821 Al beschreibt eine Ma teriallage für einen Rotor einer dynamoelektrischen rotatori schen Maschine mit einer Rotationsrichtung um eine in einem Lagenmittelpunkt der Materiallage angeordnete Rotationsachse, wobei die Materiallage eine im Wesentlichen am Lagenmittel punkt angeordnete Materialaussparung aufweist, wobei die Ma teriallage einen ersten Bereich aufweist, wobei der erste Be reich ein erstes Material mit einer ersten Festigkeit auf weist, wobei die Materiallage einen im Wesentlichen ringför migen, konzentrisch zum Lagenmittelpunkt angeordneten zweiten Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich ein zweites Mate- rial mit einer gegenüber der ersten Festigkeit höheren zwei ten Festigkeit aufweist, wobei das erste Material und das zweite Material stoffschlüssig verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Materiallagengefüge sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Materiallage.

Die Offenlegungsschrift EP 3725 435 Al beschreibt ein Her stellungsverfahren, bei dem ein erster Grünkörper aus einem ersten Material additiv gefertigt wird und der erste Grünkör per mittels eines ersten thermischen Prozesses thermisch vor behandelt wird. Ein zweiter Grünkörper wird aus einem zwei ten, von dem ersten Material verschiedenen, Material additiv gefertigt. Der thermisch vorbehandelte erste Grünkörper und der zweite Grünkörper werden gemeinsam mittels eines zweiten thermischen Prozesses behandelt, um den metallischen Gegen stand zu erhalten.

Die Offenlegungsschrift EP 3595 148 Al beschreibt ein Ver fahren zur Herstellung einer Materiallage mit einer Lagendi cke zwischen 0,5 und 500 pm mit den Schritten: Aufbringen ei ner Suspension, aufweisend wenigstens ein Bindemittel und Festteilchen, durch eine Schablone auf eine Grundfläche zum Erhalt eines Grünkörpers, Austreiben des Bindemittels aus dem Grünkörper, insbesondere mittels Entbinderung, Schaffen eines dauerhaften Zusammenhalts der Festteilchen durch Erwärmung und/oder mittels Verdichtung, insbesondere mittels Sinterung.

Die Offenlegungsschrift DE 102011 109 129 Al beschreibt ei nen elektrischen Energiewandler mit einem Stator und einem Rotor und/oder mit elektrischen Spulen. Der Rotor und/oder der Stator und/oder mindestens eine elektrische Spule sind als dreidimensionales monolitisches Element ausgebildet und bestehen aus miteinander versinterten elektrisch leitfähigen, magnetisch leitfähigen, magnetisch nicht leitfähigen, elektrisch nicht leitfähigen, magnetischen und/oder magneti sierbaren Werkstoffen. Das Drucken von zumindest einer Ausnehmung in der Material lage erfordert eine komplex strukturierte Schablone, welche beispielsweise als Sieb ausgeführt ist. Derartige Schablonen sind teuer und aufwändig herzustellen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Materiallage mit zumindest einer Aus sparung anzugeben, das, im Vergleich zum Stand der Technik, kostengünstiger ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Materiallage mit zumindest einer Aus sparung aus einem Grünkörper umfassend die Schritte: Aufbrin gen einer ersten Suspension, welche zumindest ein Bindemittel enthält, durch eine erste Ausnehmung einer ersten Schablone, Aufbringen einer zweiten Suspension, welche ein Bindemittel und Feststoffteilchen aus einem zweiten Werkstoff enthält, durch eine zweite Ausnehmung einer zweiten Schablone, wobei die erste Ausnehmung der ersten Schablone vollständig in der zweiten Ausnehmung der zweiten Schablone enthalten ist, so- dass die zweite Suspension die erste Suspension in der Fläche vollständig umgibt, Sintern des die Suspensionen enthaltenden Grünkörpers, wobei durch den Sintervorgang die erste Suspen sion zur Bereitstellung der Aussparung verflüchtigt wird und ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zwei ten Suspension geschaffen wird.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Materiallagengefüges für einen Rotor oder einen Stator einer elektrischen rotierenden Maschine umfassend ein Herstellen von Materiallagen, wobei zumindest eine der Materiallagen nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird und wobei die Materiallagen über einander angeordnet werden.

Die in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung der Material lage nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausge- staltungen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren zur Her stellung des Materiallagengefüges übertragen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine Material lage mit zumindest einer Aussparung, welche beispielsweise in einem Blechpakte für eine elektrische rotierende Maschine verwendbar ist, durch ein verbessertes Siebdruckverfahren mit kostengünstigen und einfachen Schablonen herzustellen. Der Siebdruck erfolgt mit zumindest zwei Schablonen, welche je weils eine Ausnehmung zum Aufbringen einer Suspension für die Materiallage aufweisen. Zunächst erfolgt ein Aufbringen einer ersten Suspension, welche zumindest ein Bindemittel enthält. Die erste Suspension fungiert als Platzhaltermaterial und enthält beispielsweise, insbesondere organische, Binder- Polymere. Optional enthält die erste Suspension zusätzlich Feststoffteilchen aus einem ersten Werkstoff, der beispiels weise aus organischen Polymeren hergestellt ist, welche bei geringer Temperatur, z.B. 100°C bis 250°C, spaltbar und so verflüchtigbar sind. Alternativ ist der erste Werkstoff der ersten Suspension aus einem zumindest schlecht sinternden Werkstoff, beispielsweise Graphitpulver, Yttriumoxid, A1N,

YAG oder Magnesiumoxid, hergestellt, wobei der zumindest schlecht sinternde Werkstoff durch ein Austreiben des Binde mittels verflüchtigbar ist, da kein dauerhafter Zusammenhalt der zumindest schlecht sinternden Feststoffteilchen ausbild bar ist. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Aufbringen ei ner zweiten Suspension, welche ein Bindemittel und Feststoff teilchen aus einem zweiten Werkstoff enthält. Die aus dem zweiten Werkstoff hergestellten Feststoffteilchen der zweiten Suspension enthalten beispielsweise einen ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere Eisen oder eine magnetische Eisenle gierung.

Die erste Suspension wird durch eine erste Ausnehmung der ersten Schablone aufgebracht, während die zweite Suspension durch eine zweite Ausnehmung der zweiten Schablone aufge bracht wird. Die erste Ausnehmung der ersten Schablone ist vollständig in der zweiten Ausnehmung der zweiten Schablone enthalten, sodass die zweite Suspension die erste Suspension vollständig umgibt. Dass die erste Ausnehmung der ersten Schablone vollständig in der zweiten Ausnehmung der zweiten Schablone enthalten ist, bedeutet, dass die erste Ausnehmung in der Fläche vollständig in der zweiten Ausnehmung liegt. Insbesondere weist die jeweilige Schablone pro zu druckender Materiallage eine einzige Ausnehmung auf. Auf einer Grundflä che können gleichzeitig mehrere, insbesondere identische, Ma teriallagen mit jeweils einer Schablone, welche jeweils meh rere, insbesondere identische, Ausnehmungen aufweist, ge druckt werden.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Sintern des die Suspen sionen enthaltenden Grünkörpers, wobei durch den Sintervor gang die erste Suspension verflüchtigt wird und ein dauerhaf ter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension geschaffen wird. Insbesondere beinhaltet das Sintern in die sem Zusammenhang ein Entbindern zum Austreiben des Bindemit tels und ggf. weiterer flüchtiger Bestandteile der ersten Suspension und daraufhin den eigentlichen Sintervorgang. Das Entbindern findet beispielsweise bei einer Temperatur zwi schen 300°C und 600°C statt, während der eigentliche Sinter vorgang beispielsweise bei einer Temperatur von 700°C bis 1350°C erfolgt.

Durch ein derartiges Druckverfahren sind einfach herzustel lende und daher kostengünstige Schablonen verwendbar. Durch Hinzufügen von weiteren Schablonen sind Materiallagen aus mehreren Werkstoffen einfach und kostengünstig herstellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Grünkörper, insbesondere unmittelbar, nach dem Aufbringen der ersten Sus pension und/oder nach dem Aufbringen der zweiten Suspension durch Wärmezufuhr getrocknet wird. Das Trocknen erfolgt bei spielsweise durch eine Wärmelampe. Beispielsweise erfolgt zwischen einzelnen Druckschritten jeweils eine kurze, bei spielsweise bis zu 60 s dauernde, Trocknung, während nach dem Aufbringen der Suspensionen ein längerer, beispielsweise bis zu 60 min dauernder, Trocknungsschritt erfolgt. Insbesondere durch derartige kurze Trocknungszeiten wird die frisch aufge brachte Suspension fixiert und ein Verschmieren bei einem nachfolgenden Druckschrift vermieden, während durch den fina len längeren Trocknungsschritt beispielsweise ein möglicher weise verbliebenes Lösungsmittel ausgetrieben wird.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die erste Schab lone eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung aufweist, wobei beim Sintern durch Verflüchtigung der ersten Suspension eine im Wesentlichen kreisförmige Aussparung der Materiallage bereitgestellt wird. Eine derartige im Wesentlichen kreisför mige Ausnehmung ist beispielsweise geeignet, eine Welle auf zunehmen. Eine Herstellung der Ausnehmung durch eine sich verflüchtigende Suspension ermöglicht eine hohe Genauigkeit und damit eine exakte Passung, beispielsweise bei der Aufnah me einer Welle.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die zweite Sus pension durch die zweite Schablone dicker als die erste Sus pension durch die erste Schablone aufgetragen wird. Insbeson dere steigt eine Höhe der Schablonen sukzessive, beispiels weise im Bereich von 1 % bis 10 %, insbesondere im Bereich von 1 % bis 5 %, von Teildruck zu Teildruck an, um ein Ab scheren eines bereits vorhandenen Druckbildes von der Grund fläche zu vermeiden.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass vor dem Sintern ein Teil der Suspensionen, insbesondere parallel zu einer ebenen Grundfläche, auf welcher der Grünkörper aufliegt, ab getragen wird. Beispielsweise wird ein oberer Bereich des Grünkörpers durch ein abtragendes Verfahren entfernt. Ein oberer Bereich beträgt beispielsweise bis zu 20 %, insbeson dere bis zu 50 % der Gesamtstärke des Grünkörpers. Das abtra gende Verfahren wird beispielsweise mittels Heißdrahtschnei- den, welches auch Thermosägen genannt wird, Trockenschleifen, Vibrationsschneiden, welches auch Vibratomie genannt wird, oder Gefrierschneiden realisiert. Alternativ erfolgt das Ab- tragen mittels beheizten, abgestuften „Doctor Blades" oder mittels Anlösen und anschließendem Abstreifen. Durch das, insbesondere parallele, Abtragen ist eine sehr geringe Lagen dicke erzielbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Werk stoff einen magnetischen metallischen Werkstoff, insbesondere magnetisches Eisen oder eine magnetische Eisenlegierung, ent hält. Erfahrungsgemäß haben sich derartige Werkstoffe, insbe sondere zum Sintern, als besonders vorteilhaft erwiesen.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: erneutes Aufbringen der ersten Suspension nach dem Aufbringen der zweiten Suspension durch eine dritte Ausnehmung einer dritten Schablone, wobei die zweite Ausnehmung der zweiten Schablone zumindest teil weise in der dritten Ausnehmung der dritten Schablone enthal ten ist, sodass die mittels der dritten Schablone aufgetrage ne erste Suspension die mittels der zweiten Schablone aufge tragene zweite Suspension zumindest teilweise umgibt, erneu tes Aufbringen der zweiten Suspension durch eine fünfte Aus nehmung einer fünften Schablone, wobei die dritte Ausnehmung der dritten Schablone zumindest teilweise in der fünften Aus nehmung der fünften Schablone enthalten ist, sodass die mit tels der fünften Schablone aufgetragene zweite Suspension die mittels der dritten Schablone aufgetragene erste Suspension zumindest teilweise umgibt. Durch ein derartiges Druckverfah ren sind einfach herzustellende und daher kostengünstige Schablonen verwendbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die dritte Schablone derartig ausgeführt ist, dass durch Verflüchtigung der ersten Suspension konzentrisch um die Aussparung angeord nete weitere Aussparungen ausgebildet werden. In derartigen weiteren Aussparungen sind beispielsweise Permanentmagnete für einen Betrieb als Synchronmaschine oder Stäbe eines Kurz schlusskäfigs für einen Betrieb als Asynchronmaschine anordenbar. Durch ein derartiges Druckverfahren sind Materi- allagen, beispielsweise für verschiedene Rotorarchitekturen, flexibel additiv herstellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: Aufbringen einer dritten Suspension, welche ein Bindemittel und Feststoffteilchen aus einem dritten Werkstoff enthält, nach dem erneuten Aufbringen der ersten Suspension durch eine vierte Ausnehmung einer vierten Schablone, wobei sich der dritte Werkstoff vom zwei ten Werkstoff unterscheidet, wobei die vierte Ausnehmung der vierten Schablone zumindest teilweise in der dritten Ausneh mung der dritten Schablone enthalten ist, sodass die mittels der vierten Schablone aufgetragene dritte Suspension die mit tels der dritten Schablone aufgetragene erste Suspension zu mindest teilweise umgibt, Sintern des die Suspensionen ent haltenden Grünkörpers, wobei durch den Sintervorgang ein dau erhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Sus pension und der dritten Suspension geschaffen wird und Berei che mit Feststoffteilchen der zweiten Suspension und angren zende Bereiche mit Feststoffteilchen der dritten Suspension stoffschlüssig verbunden werden. Beispielsweise sind der zweite und dritte Werkstoff als metallische Werkstoffe ausge führt, welche sich hinsichtlich Ihrer elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit und/oder hinsichtlich Ihrer magne tischen Eigenschaften unterscheiden. Durch eine derartige stoffschlüssige Verbindung wird eine hohe mechanische Stabi lität innerhalb der Materiallage erreicht. Durch Hinzufügen der Schablonen sind Materiallagen aus mehreren Werkstoffen einfach und kostengünstig herstellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der dritte Werk stoff einen amagnetischen metallischen Werkstoff, insbesonde re amagnetisches Eisen oder eine amagnetische Eisenlegierung, enthält. Beispielsweise enthält der dritte Werkstoff Auste nit. Insbesondere wird der dritte Werkstoff in der Material lage bei Verwendung in einem Rotorblechpaket angeordnet, um einen magnetischen Kurzschluss, beispielsweise zwischen in den weiteren Aussparungen angeordneten Permanentmagneten, zu verhindern. Eine Materiallage, welche aus mehreren verschie denen Werkstoffen aufgebaut ist, ist mit einem derartigen Verfahren einfach und kostengünstig herstellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Material lage mit einer Lagendicke zwischen 10 gm und 300 gm, insbe sondere zwischen 10 gm und 100 gm, hergestellt wird. Bei ei ner derartigen Lagendicke wird, beispielsweise beim Einsatz in einer elektrischen rotierenden Maschine, eine ausreichende Wirbelstrom-Unterdrückung erreicht.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens auf einer Lagenseite eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht wird. Eine derartige isolierende Beschichtung wird beispielsweise mittels Anodisierung, also mittels einer kontrollierten oxidativen Umwandlung, hergestellt, wobei durch die isolierende Beschichtung eine Stromführung von ei ner Materiallage auf eine andere Materiallage verhindert wird.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens auf einer Lagenseite ein elektrisch isolierender Lack aufgebracht wird. Der Lack, insbesondere Backlack, weist gute Isolations eigenschaften auf und kann dünn aufgetragen werden, sodass ein hoher Stapelfaktor erreichbar ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert.

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer elektrischen rotierenden Maschine,

FIG 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung einer Materiallage, FIG 3 eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Materiallage,

FIG 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh rung einer Materiallage und

FIG 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Verfah rens zur Herstellung einer Materiallage.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

FIG 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer elektrischen rotierenden Maschine 2. Die elektrische rotie rende Maschine 2, welche als Motor und/oder als Generator konfigurierbar ist, weist einen um eine Rotationsachse 4 ro tierbaren Rotor 6 und einen Stator 8 auf, wobei der Stator 8 beispielhaft radial außerhalb des Rotors 6 angeordnet ist.

Die Rotationsachse 4 definiert eine Axialrichtung, eine Radi alrichtung und eine Umfangsrichtung. Zwischen dem Rotor 6 und dem Stator 8 ist ein Fluidspalt 10, der insbesondere als Luftspalt ausgeführt ist, ausgebildet.

Der Rotor 6 weist eine Welle 12 und ein Rotorblechpaket 14 auf, wobei das Rotorblechpaket 14 drehfest mit der Welle 12 verbunden ist. Das Rotorblechpaket 14 umfasst eine Vielzahl von gestapelten, gegeneinander elektrisch isolierten Materi allagen 16, die eine erste Lagendicke dl im Bereich von 10 mpi bis 300 gm, insbesondere 10 mpibis 100 mpi, aufweisen und aus einem ferromagnetischen Werkstoff, beispielsweise aus Eisen oder einer Eisenlegierung, hergestellt sind. Darüber hinaus umfasst der Rotor 6 eine Mehrzahl von mit dem Rotorblechpa ket 14 verbundenen Permanentmagneten 18 für einen Betrieb als Synchronmaschine. Der Rotor 6 kann, insbesondere anstelle der Permanentmagneten 18, einen Kurzschlusskäfig für einen Be trieb als Asynchronmaschine oder eine Erregerwicklung aufwei sen. Die Welle 12 des Rotors 6 ist über Lager 20 drehbeweg lich angeordnet.

Der Stator 8 umfasst ein Statorblechpaket 22, in dem eine Statorwicklung 24 aufgenommen ist. Das Statorblechpaket 22 umfasst eine Vielzahl von gestapelten, gegeneinander elektrisch isolierten Materiallagen 16, die eine zweite La gendicke d2 im Bereich von 10 pm bis 300 pm, insbesondere 10 pm bis 100 pm, aufweisen und aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise aus Eisen oder einer Eisenlegierung, hergestellt sind. Der Rotor 6 und der Stator 8 sind in einem geschlossenen Gehäuse 26 untergebracht.

FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Aus führung einer Materiallage 16, welche eine Lagendicke d im Bereich von 10 pm bis 300 pm, insbesondere 10 pm bis 100 pm, aufweist und durch Schablonendruck mit anschließendem Sintern hergestellt ist. Die Materiallage 16 in FIG 2 kann für ein Rotorblechpaket 14 oder ein Statorblechpaket 22 konfiguriert sein und ist aus einem ferromagnetischen Werkstoff, bei spielsweise aus Eisen oder einer Eisenlegierung, mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 8 MS/m hergestellt. Eine Lagenseite 28 der Materiallage 16 weist eine elektrisch isolierende Beschichtung 30 auf, welche dazu geeignet ist, gestapelte Materiallagen 16, beispielweise bei Verwendung in einem Blechpaket 14, 22 gegeneinander elektrisch zu isolie ren. Die elektrisch isolierende Beschichtung 30 ist bei spielsweise aus einem elektrisch isolierenden Lack, insbeson- dere Backlack, hergestellt. Darüber hinaus weist die elektrisch isolierende Beschichtung 30 eine Schichtdicke s von maximal 1 gm auf. Ferner weist die Materiallage 16 in ei nem Schwerpunkt S eine im Wesentlichen kreisförmige Ausspa rung 32 auf, welche beispielsweise zur Aufnahme einer Wel le 12 geeignet ist. Insbesondere ist die Materiallage 16 ro tationssymmetrisch bezüglich des Schwerpunkts S ausgebildet. Optional umfasst die Materiallage 16 Mittel zur formschlüssi gen Verbindung einer derartigen Welle 12, welche beispiels weise als Nut zur Aufnahme einer Passfeder ausgeführt sind. Die weitere Ausführung der Materiallage 16 in FIG 2 ent spricht der in FIG 1.

FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ver fahrens zur Herstellung einer Materiallage 16 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Aussparung 32. Exemplarisch wird die erste Ausführung einer Materiallage 16 aus FIG 2 herge stellt. Das Herstellungsverfahren beinhaltet das Aufbrin gen 34 einer ersten Suspension 36, welche zumindest ein Bin demittel enthält, durch eine kreisförmige erste Ausnehmung 38 einer ersten Schablone 40 auf einer ebenen Grundfläche 42. Nach dem Aufbringen 34 der ersten Suspension 36 erfolgt eine kurze, beispielsweise bis zu 60 s dauernde, Trocknung, um die erste Suspension 36 zu fixieren und damit ein Verschmieren bei den folgenden Schritten zu verhindern. Die Trocknung er folgt beispielsweise durch Wärmezufuhr, insbesondere durch eine Wärmelampe.

Das Herstellungsverfahren beinhaltet nach dem Aufbringen 34 der ersten Suspension 36 und der kurzen Trocknung der ersten Suspension 36 das Aufbringen 44 einer zweiten Suspension 46, welche ein Bindemittel und Feststoffteilchen aus einem zwei ten Werkstoff enthält. Das Aufbringen 44 der zweiten Suspen sion 46 erfolgt durch eine, beispielsweise kreisförmige, zweite Ausnehmung 48 einer zweiten Schablone 50, wobei die erste Ausnehmung 38 der ersten Schablone 40 vollständig in der zweiten Ausnehmung 48 der zweiten Schablone 50 enthalten ist, sodass die zweite Suspension 46 die erste Suspension 36 vollständig umgibt.

Die ersten Suspension 36 fungiert als Platzhaltermaterial und enthält beispielsweise, insbesondere organische, Binder- Polymere. Optional enthält die erste Suspension zusätzlich Feststoffteilchen aus einem ersten Werkstoff, der beispiels weise aus organischen Polymeren hergestellt ist. Derartige Polymere sind durch thermische Behandlung, insbesondere bei geringer Temperatur, z.B. 100°C bis 250°C, spaltbar und somit vollständig entfernbar. Alternativ ist der erste Werkstoff der ersten Suspension 36 als ein zumindest schlecht sintern der Werkstoff, beispielsweise Graphitpulver, Yttriumoxid,

A1N, YAG oder Magnesiumoxid, ausgeführt, wobei der zumindest schlecht sinternde Werkstoff durch ein Austreiben des Binde mittels verflüchtigbar ist, da kein dauerhafter Zusammenhalt der zumindest schlecht sinternden Feststoffteilchen ausbild bar ist. Die aus dem zweiten Werkstoff hergestellten Fest stoffteilchen der zweiten Suspension 46 enthalten beispiels weise einen ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere Eisen oder eine magnetische Eisenlegierung. Nach dem Aufbringen 44 der zweiten Suspension 46 erfolgt ein längerer, beispielswei se bis zu 60 min dauernder, Trocknungsschritt, um verbliebene Lösungsmittel auszutreiben, die Suspensionen 36, 46 zu fixie ren und einen Grünkörper 52 zu erhalten.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Sintern 54 des die Sus pensionen 36, 46 enthaltenden Grünkörpers 52 zum Erhalt der Materiallage 16 mit der im Wesentlichen kreisförmigen Ausspa rung 32, wobei durch den Sintervorgang die erste Suspensi on 36 verflüchtigt wird und ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension 46 geschaffen wird. Insbesondere beinhaltet das Sintern in diesem Zusammenhang ein Entbindern zum Austreiben des Bindemittels und ggf. wei terer flüchtiger Bestandteile, z.B. der ersten Suspension 36, und daraufhin den eigentlichen Sintervorgang. Das Entbindern findet beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 300°C und 600°C statt, während der eigentliche Sintervorgang beispiels- weise bei einer Temperatur von 700°C bis 1350°C erfolgt. Das Entbindern findet beispielsweise bei einer Temperatur zwi schen 300°C und 600°C statt, während der eigentliche Sinter vorgang beispielsweise bei einer Temperatur von 700°C bis 1350°C erfolgt.

Insbesondere wird die zweite Suspension 46 durch die zweite Schablone 50 dicker als die erste Suspension 36 durch die erste Schablone 40 aufgetragen, wobei die zweite Schablone 50 höher als die erste Schablone 40 ausgeführt ist. Beispiels weise ist die zweite Schablone 50 im Bereich von 1 % bis 10 %, insbesondere im Bereich von 1 % bis 5 % höher als die erste Schablone 40, um ein Abscheren der ersten Suspension 36 von der ebenen Grundfläche 42 zu vermeiden. Beispielsweise wird vor dem Sintern 54 ein Teil der Suspensionen 36, 46, insbesondere parallel zur ebenen Grundfläche 42, auf welcher der Grünkörper 52 aufliegt, abgetragen. Insbesondere wird ein oberer Bereich des Grünkörpers 52 durch ein abtragendes Ver fahren entfernt. Der obere Bereich beträgt beispielsweise bis zu 20 %, insbesondere bis zu 50 % der Gesamtstärke des Grün körpers 52. Das abtragende Verfahren wird beispielsweise mit tels Heißdrahtschneiden, welches auch Thermosägen genannt wird, Trockenschleifen, Vibrationsschneiden, welches auch Vibratomie genannt wird, oder Gefrierschneiden realisiert. Alternativ erfolgt das Abtragen des weichen elastomerartigen Grünkörpers 52 mittels beheizten, abgestuften „Doctor Blades" oder mittels Anlösen und anschließendem Abstreifen.

Auf der Grundfläche 42 können gleichzeitig mehrere, insbeson dere identische, Materiallagen 16 mit jeweils einer Schablo ne 40, 50, welche jeweils mehrere, insbesondere identische, Ausnehmungen 38, 48 aufweist, gedruckt werden. Eine derartige Anordnung mit gleichzeitig gedruckten, insbesondere identi schen, Materiallagen 16 wird Drucknutzen genannt. Insbesonde re weist jede Schablone 40, 50 pro Materiallagen 16 eine ein zige Ausnehmung 38, 48 mit einer umlaufenden Kontur auf. FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Aus führung einer Materiallage 16, welche eine im Wesentlichen kreisförmige Aussparung 32 aufweist, wobei eine Außenkon tur 56 der im Wesentlichen kreisförmige Aussparung 32 äqui distant um den Schwerpunkt S der Materiallage 16 verlaufend angeordnet ist. Die Materiallage 16 ist für ein Rotorblechpa ket 14 konfiguriert und aus metallischen, insbesondere eisen basierten, Werkstoffen hergestellt. Ferner sind beispielhaft vier weitere Aussparungen 58 konzentrisch um die Ausspa rung 32 angeordnet, wobei die weiteren Aussparungen 58 bei spielsweise zur Aufnahme von Permanentmagneten konfiguriert sind. Zwischen den weiteren Aussparungen 58 sind beispielhaft vier amagnetische Bereiche 60, ebenfalls konzentrisch um die Aussparung 32, angeordnet. Die amagnetischen Bereiche 60 trennen die weiteren Aussparungen 58 voneinander, um einen magnetischen Kurzschluss zwischen in den weiteren Aussparun gen 58 angeordneten Permanentmagneten zu verhindern. Die ama gnetischen Bereiche 60 der Materiallage 16 sind aus einem a- magnetischen metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer amagnetischen Eisenlegierung, beispielsweise Austenit, herge stellt. Die weitere Ausführung der Materiallage 16 in FIG 4 entspricht der in FIG 2.

FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ver fahrens zur Herstellung einer Materiallage 16. Exemplarisch wird die zweite Ausführung einer Materiallage 16 aus FIG 4 hergestellt. Das Aufbringen 34 der ersten Suspension 36 sowie das Aufbringen 44 der zweiten Suspension 46 erfolgt analog zum Herstellungsverfahren in FIG 3. Das Herstellungsverfahren in FIG 5 beinhaltet nach dem Aufbringen 44 der zweiten Sus pension 46 und einer anschließenden kurzen, beispielsweise bis zu 60 s dauernden, Trocknung, ein erneutes Aufbringen 62 der ersten Suspension 36. Das erneute Aufbringen 62 der ers ten Suspension 36 erfolgt durch eine dritte Ausnehmung 64 ei ner dritten Schablone 66, wobei die zweite Ausnehmung 48 der zweiten Schablone 50 teilweise in der dritten Ausnehmung 64 der dritten Schablone 66 enthalten ist, sodass die mittels der dritten Schablone 66 aufgetragene erste Suspension 36 die mittels der zweiten Schablone 50 aufgetragene zweite Suspen sion 46 teilweise umgibt. Die dritte Schablone 66 ist derar tig ausgeführt, dass durch Verflüchtigung der Feststoffteil- chen aus dem ersten Werkstoff der ersten Suspension 36 kon zentrisch um die Aussparung 32 angeordnete weitere Aussparun gen 58 ausgebildet werden, welche beispielsweise zur Aufnahme von Permanentmagneten vorgesehen sind.

Das Herstellungsverfahren in FIG 5 beinhaltet nach dem erneu ten Aufbringen 62 der ersten Suspension 36 und einer an schließenden kurzen, beispielsweise bis zu 60 s dauernden, Trocknung, ein Aufbringen 68 einer dritten Suspension 70, welche ein Bindemittel und Feststoffteilchen aus einem drit ten Werkstoff enthält. Das Aufbringen 68 der dritten Suspen sion 70 erfolgt durch eine vierte Ausnehmung 72 einer vierten Schablone 74, wobei sich der dritte Werkstoff vom zweiten Werkstoff unterscheidet. Insbesondere ist der dritte Werk stoff ein amagnetischer metallischer Werkstoff, insbesondere eine amagnetische Eisenlegierung, beispielsweise Austenit.

Die vierte Ausnehmung 72 der vierten Schablone 74 ist teil weise in der dritten Ausnehmung 64 der dritten Schablone 66 enthalten, sodass die mittels der vierten Schablone 74 aufge tragene dritte Suspension 70 die mittels der dritten Schablo ne 66 aufgetragene erste Suspension 36 teilweise umgibt. Ins besondere ist die mittels der vierten Schablone 74 aufgetra gene dritte Suspension 70 mit der mittels der dritten Schab lone 66 aufgetragenen ersten Suspension 36 und mittels der zweiten Schablone 48 aufgetragenen zweiten Suspension 46 in Kontakt.

Darüber hinaus beinhaltet das Herstellungsverfahren in FIG 5 nach dem Aufbringen 68 der dritten Suspension 70 und einer anschließenden kurzen, beispielsweise bis zu 60 s dauernden, Trocknung, ein erneutes Aufbringen 76 der zweiten Suspensi on 46 durch eine fünfte Ausnehmung 78 einer fünften Schablo ne 80. Die vierte Ausnehmung 72 der vierten Schablone 74 ist teilweise in der fünften Ausnehmung 78 der fünften Schablo ne 80 enthalten, sodass die mittels der fünften Schablone 80 aufgetragene zweite Suspension 46 die mittels der vierten Schablone 74 aufgetragene dritte Suspension 70 teilweise umgibt. Insbesondere ist die mittels der fünften Schablone 80 aufgetragene zweite Suspension 46 mit der mittels der vierten Schablone 74 aufgetragenen dritten Suspension 70 und mit der mittels der dritten Schablone 66 aufgetragenen ersten Suspen sion 36 in Kontakt. Nach dem erneuten Aufbringen 76 der zwei ten Suspension 46 mittels der fünften Schablone 80 erfolgt ein längerer, beispielsweise bis zu 60 min dauernder, Trock nungsschritt, um verbliebene Lösungsmittel auszutreiben, die Suspensionen 36, 46, 70 zu fixieren und einen Grünkörper 52 zu erhalten.

Daraufhin erfolgt ein Sintern 54 des die Suspensio nen 36, 46, 70 enthaltenden Grünkörpers 52 zum Erhalt der in FIG 4 beschriebenen Materiallage 16, wobei durch den Sinter vorgang die erste Suspension 36 verflüchtigt wird und ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension 46 und der dritten Suspension 70 geschaffen wird. Ferner werden durch den Sintervorgang Bereiche mit Feststoff teilchen der zweiten Suspension 46 und angrenzende Bereiche mit Feststoffteilchen der dritten Suspension 70 stoffschlüs sig verbunden. Die weitere Ausführung des Herstellungsverfah rens in FIG 5 entspricht dem in FIG 3.

Alternativ wird mittels des in FIG 5 beschriebenen Ferti gungsverfahrens eine Materiallage 16 hergestellt, deren wei tere Aussparungen 58 zur Aufnahme von Stäben eines Käfigläu fers konfiguriert sind. Bei der Herstellung einer derartigen Materiallage 16 für einen Käfigläufer kann das Aufbringen 68 der dritten Suspension 70 entfallen, wobei das erneute Auf bringen 76 der zweiten Suspension 46 nach dem erneuten Auf bringen 62 der ersten Suspension 36 folgt.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her stellung einer Materiallage 16 mit zumindest einer Ausspa rung 32 aus einem Grünkörper 52. Um, im Vergleich zum Stand der Technik, eine bessere Kostenposition zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst: Aufbringen 34 einer ersten Suspension 36, welche zumindest ein Bindemittel enthält, durch eine erste Ausnehmung 38 einer ersten Schablone 40, Aufbringen 44 einer zweiten Suspension 46, welche ein Bindemittel und Feststoff teilchen aus einem zweiten Werkstoff enthält, durch eine zweite Ausnehmung 48 einer zweiten Schablone 50, wobei die erste Ausnehmung 38 der ersten Schablone 40 vollständig in der zweiten Ausnehmung 48 der zweiten Schablone 50 enthalten ist, sodass die zweite Suspension 46 die erste Suspension 36 vollständig umgibt, Sintern 54 des die Suspensionen 36, 46 enthaltenden Grünkörpers 52, wobei durch den Sintervorgang die erste Suspension 36 verflüchtigt wird und ein dauerhafter Zusammenhalt der Feststoffteilchen der zweiten Suspension 46 geschaffen wird.