DE102017214734A1

DE102017214734A1 - Spritzgusswerkzeug

Info

Publication number: DE102017214734A1
Application number: DE102017214734.2A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kirsch; Thorsten Rienecker; Philipp Schlag; Peter Schmid
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-02-28
Also published as: WO2019038034A1; US20210370562A1; CN110709225A; CN110709225B; US11878449B2; US11135750B2; US20200164556A1

Abstract

Spritzgusswerkzeug, insbesondere zum Umspritzen von Rotoren von elektrischen Maschinen, umfassend ein Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug eine Anordnung von Formsegmenten aufweist, wobei die Anordnung entlang einer Längsachse eine Kavität für ein anzuordnendes Bauteil formt, und wobei eine Wechseleinheit vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, zumindest ein Formsegment aus der Anordnung zu entnehmen und/oder einzusetzen, wodurch eine Größe der Kavität verändert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spritzgusswerkzeug, insbesondere zum Umspritzen von Rotoren von elektrischen Maschinen, sowie ein Verfahren zum Herstellen von umspritzten Bauteilen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Bauteile mit Kunststoff, wie Thermoplast oder Duroplast, zu umspritzen. So ist es beispielsweise üblich, die Rotoren von stromerregten Synchronmaschinen im Spritzguss zu umspritzen, wodurch beispielsweise die Drehzahlfestigkeit der Rotoren erhöht werden kann. Dabei stellt sich die Herausforderung, dass es insbesondere im Bereich der Entwicklung oft notwendig ist, Rotorblechpakete in verschiedenen Blechpaketlängen bzw. Durchmessern aufzubauen, was zu dem Problem führt, dass für jede Geometrievariante ein neues Werkzeug konstruiert und zur Verfügung gestellt werden muss. Auch in der Serienfertigung wird zunehmend eine größere Flexibilität verlangt, um die verschiedensten Varianten möglichst kostengünstig realisieren zu können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spritzgusswerkzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen von umspritzten Bauteilen anzugeben, welche kostengünstig und äußerst flexibel aufgebaut sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Spritzgusswerkzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Spritzgusswerkzeug, insbesondere zum Umspritzen von Rotoren von elektrischen Maschinen, ein Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug eine Anordnung von Formsegmenten aufweist, wobei die Anordnung entlang einer Längsachse eine Kavität für ein anzuordnendes Bauteil, insbesondere einen Rotor einer elektrischen Maschine, formt, und wobei eine Wechseleinheit vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, zumindest ein Formsegment aus der Anordnung zu entnehmen und/oder einzusetzen, wodurch eine Größe, insbesondere ein Durchmesser und/oder eine Länge der Kavität, verändert werden kann. Bei den Bauteilen handelt es sich beispielsweise um Rotoren von stromerregten Synchronmaschinen, insbesondere um kupferumwickelte Rotoren bzw. Anker, welche aus einer Vielzahl von Blechen zu Blechpaketen zusammengesetzt sind. Mit Vorteil kann nun das Formwerkzeug bzw. dessen Kavität an die unterschiedlichsten Rotorgrößen, wobei hierbei insbesondere unterschiedliche Rotordurchmesser und/oder Rotorlängen gemeint sind, angepasst werden, nämlich insbesondere dadurch, dass ein oder mehrere Formsegmente über die Wechseleinheit getauscht werden können. Beispielsweise kann unkompliziert eine Länge der Kavität durch ein Einsetzen eines Formsegments verlängert bzw. durch ein Entnehmen eines Formsegments verkürzt werden.
Zweckmäßigerweise ist zumindest eines der das Formwerkzeug bildenden Formsegmente entlang der Längsachse verfahrbar angeordnet bzw. ausgebildet, sodass nach einer Entnahme eines Formsegments das Formwerkzeug wieder geschlossen werden kann, um eine geschlossene Kavität zu bilden bzw. um Platz für die Anordnung eines oder mehrere weiterer Formsegmente zu bilden. Dadurch wird ein äußerst flexibles Spritzgusswerkzeug bereitgestellt, welches insbesondere auch den Vorteil bietet, dass beim Umstellen auf eine neue Variante kein aufwendiges Aufwärmen des Formwerkzeugs nötig ist, da durch die Wechseleinheit ein so schneller Wechsel der Formsegmente ermöglicht wird, dass ein Aufheizen entfallen kann oder es ausreicht, die Werkzeuge beispielsweise mittels Heizpatronen auf Temperatur zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Wechseleinheit zumindest ein Drehelement auf, welches ausgelegt ist, das zumindest eine Formsegment zu verfahren. Insbesondere handelt es sich bei dem Drehelement um einen Drehteller, welcher ausgelegt ist, das zumindest eine Formsegment zu verfahren, insbesondere quer zur vorgenannten Längsachse aus der Anordnung zu entnehmen bzw. in diese einzusetzen.
Bevorzugt ist eine Drehachse des Drehelements versetzt und parallel zur Längsachse orientiert, wobei das zumindest eine Drehelement auch mit Vorteil entlang der Längsachse verfahrbar ist. Dies ermöglicht eine flexible Entnahme bzw. ein flexibles Einsetzen von insbesondere auch unterschiedlich großen Formsegmenten und insbesondere auch in unterschiedlichen Höhen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Bauteile zweckmäßigerweise vertikal umspritzt werden. Die Längsachse des Formwerkzeugs verläuft mit Vorteil entlang einer vertikalen Hochachse. Bevorzugt kommt als Werkstoff zum Umspritzen ein Duroplast und/oder ein Thermoplast zum Einsatz.
Bevorzugt stellen die Wechseleinheit bzw. das Drehelement eine Vielzahl von unterschiedlich dimensionierten Formsegmenten bereit. Damit ist beispielsweise gemeint, dass auf dem Drehelement eine Vielzahl von unterschiedlich dimensionierten Formsegmenten positioniert bzw. angeordnet ist. Das Drehelement kann auch derart ausgebildet sein, dass es ausgelegt ist, unterschiedlich dimensionierte Formelemente zu halten bzw. zu greifen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Wechseleinheit auch über einen Roboter, beispielsweise über einen Sechs-Achs-Roboterarm, realisiert werden, welcher derart ausgelegt und dahingehend parametriert ist, die Formsegmente zu verlagern, anzuordnen, aus der Anordnung zu entnehmen bzw. einzusetzen etc.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Formwerkzeug zumindest drei Formsegmente auf, welche entlang der Längsachse zum Formen der Kavität bzw. eines Anordnungsraums für ein Bauteil angeordnet sind. Dabei sind zwei Formsegmente als Endsegmente ausgebildet und ein dazwischenliegendes Formsegment als, beispielsweise scheiben- oder ringförmiges, Mittelsegment. Eine Länge der Kavität kann mit Vorteil unkompliziert und schnell über die Entnahme des Mittelsegments geändert werden. Die beiden Endsegmente sind mit Vorteil derart ausgebildet, dass eine minimale Bauteillänge bzw. eine minimale Rotorlänge abgedeckt wird. Bevorzugt weisen die Endsegmente hierzu eine in etwa topfförmige Grundform auf, sodass durch ein Zusammenfahren der Endsegmente zueinander eine „neue“ Kavität geformt und geschlossen werden kann. Alternativ können die Endsegmente auch derart ausgebildet sein, dass sie (lediglich) einen axialen Abschluss der Kavität bilden. Je nach Ausführungsform können auch unterschiedlich lange Mittelsegmente bzw. mehrere Mittelsegmente zwischen den Endsegmenten positioniert werden, um eine gewünschte Länge der Kavität einzustellen. Gemäß einer Ausführungsform sind auch die Endsegmente auf Drehelementen angeordnet, wobei die Drehelemente mit Vorteil ausgelegt sind, unterschiedlich dimensionierte Endsegmente, sei es hinsichtlich des Durchmessers und/oder deren Länge, bereitzustellen. Somit können nicht nur unterschiedlich lange Bauteile/Rotoren, sondern auch Bauteile/Rotoren mit unterschiedlichen Durchmessern umspritzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kavität zylindrisch bzw. im Wesentlichen zylindrisch geformt.
Zweckmäßigerweise ist eine Vielzahl von Drehelementen entlang der Längsachse angeordnet bzw. vorgesehen. Wie bereits erwähnt, kann damit beispielsweise über die Anzahl der ansonsten beispielsweise gleich ausgebildeten Mittelsegmente unkompliziert eine Länge der Kavität eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das zumindest eine Drehelement kreisscheibenförmig ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Drehelement Aussparungen auf. Diese Aussparungen bilden bevorzugt kreissegmentförmige Drehelement-Abschnitte und haben insbesondere den Vorteil, dass beispielsweise zwei Drehelemente, welche entsprechend gegeneinander verdreht werden, entlang der Längsachse kollisionsfrei verfahren werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Formsegment als Drehelement ausgebildet. Das Formsegment als solches kann also beispielsweise durch Drehen verfahren werden.
Zweckmäßigerweise weist das als Drehelement ausgebildete Formsegment eine Vielzahl von Teilkavitäten auf. Letztendlich wird die Kavität des Formsegments über eine Vielzahl von Teilkavitäten gebildet, welche wiederum durch die verschiedenen Formsegmente gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem vorgenannten Formsegment beispielsweise um eine Kreisscheibe, welche eine Vielzahl von unterschiedlich dimensionierten Öffnungen aufweist, die radial beabstandet zu einer Drehachse des scheibenförmigen Formsegments angeordnet sind, sodass durch ein Verdrehen der Kreisscheibe (Teil-)Kavitäten unterschiedlichen Durchmessers bereitgestellt werden können. Gemäß einer Ausführungsform weist die Kreisscheibe abschnittsweise eine unterschiedliche Stärke bzw. Dicke auf, wodurch auch eine Länge der Kavität geändert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das kreisscheibenförmige Formsegment Aussparungen auf, deren Funktion weiter oben bereits beschrieben wurde. Insbesondere kann durch ein Drehen des scheibenförmigen Formsegments eine Teilkavität aus der Anordnung entnommen (bzw. hineingefahren) werden.
Das Spritzgusswerkezug umfasst daneben noch Bauteile und Komponenten wie Führungselemente, entlang derer die Formsegmente geführt werden, ein Kühl- und/oder Heizsystem, Auswerferelemente, zumindest ein Angusselement bzw. eine Angussbuchse etc.
Die Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen von umspritzten Bauteilen, insbesondere von Rotoren von elektrischen Maschinen, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Formwerkzeug, welches eine Anordnung von Formsegmenten aufweist, wobei die Anordnung eine Kavität formt;
- Positionieren eines ersten Bauteils in der Kavität und Umspritzen mit einem Werkstoff;
- Entnehmen und/oder Einsetzen zumindest eines Formsegments zum Verändern einer Größe der Kavität und Positionieren eines zweiten Bauteils in der Kavität zum Umspritzen.

Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:

- Ändern einer Anzahl der Formsegmente zur Längenänderung der Kavität.

Bevorzugt umfasst das Verfahren den Schritt:

- Bereitstellen von Formsegmenten mit anderen bzw. unterschiedlichen Durchmessern und/oder Längen, wodurch Kavitäten bzw. Anordnungsräume für Bauteile unterschiedlicher Größe gebildet werden können.

Für das Verfahren gelten die im Zusammenhang mit dem Spritzgusswerkzeug erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend sowie umgekehrt und untereinander.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es zeigen:

1: eine Schnittansicht eines Spritzwerkzeugs mit einer Wechseleinheit;
2: eine Draufsicht auf ein Drehelement;
3: ein Spritzgusswerkzeug, wobei Formsegmente als Drehelemente ausgebildet sind.

1 zeigt in seiner linken Bildhälfte ein Formwerkzeug, umfassend drei Formsegmente 14, wobei es sich insbesondere um ein Mittelsegment und um zwei (topfförmige) Endsegmente handelt. Diese formen einen Anordnungsraum bzw. eine Kavität 16 für ein Bauteil 10. Bei der Darstellung handelt es sich um eine Skizze, sodass nicht gezeigt ist, wie die eigentliche Anordnung erfolgt. Entscheidend ist, dass das Spritzgusswerkzeug eine Wechseleinheit umfasst, welche in der hier gezeigten Ausführungsform drei Drehelemente 20 aufweist, deren Drehachse D im Wesentlichen parallel bzw. versetzt zu einer Längsachse L des Formwerkzeugs orientiert ist. Schematisch dargestellt ist weiter, dass das obere Endsegment bzw. Formsegment 14 ein Angusselement 30 umfasst, über welches das Einspritzen eines Werkstoffs, beispielsweise Duroplast oder Thermoplast, erfolgt. Mit Bezug auf die rechte Bildhälfte ist zu erkennen, dass das mittlere Drehelement 20 verschwenkt wurde, wodurch entsprechend das mittlere Formsegment 14 aus dem Formwerkzeug entnommen wurde. Durch ein Verfahren des unteren Endsegments bzw. des unteren Formsegments 14, vgl. den Doppelpfeil P, wurde das Formwerkzeug wieder geschlossen, wodurch eine Kavität 16 geformt ist, die deutlich kürzer ist als die in der linken Bildhälfte. Entsprechend kann nun ein kürzeres Bauteil 10 umspritzt werden. Es ist leicht möglich, dass beispielsweise das mittlere Drehelement mehrere Formsegmente mit unterschiedlichen Längen bereitstellt, wodurch die Länge der Kavität weiter eingestellt werden kann. Ebenfalls wäre es möglich, dass mehrere mittlere Drehelemente vorgesehen sind, wodurch mehrere Mittelsegmente (übereinander) angeordnet werden können. Ebenso ist es möglich, dass die äußeren Drehelemente, welche die endseitigen Formsegmente bereitstellen, mehrere endseitige Formsegmente mit unterschiedlichen Durchmessern (oder Längen) bereitstellen etc.
2 zeigt in einer Draufsicht schematisch ein Drehelement 20, welches Formsegmente 14 mit unterschiedlichen Durchmessern bereitstellt.
3 zeigt schematisch mehrere als Drehelemente ausgebildete Formsegmente 15, welche entsprechende Teilkavitäten 18 unterschiedlichen Durchmessers aufweisen. In der hier gezeigten Konfiguration ist das Formwerkzeug, umfassend die Formsegmente 15, derart ausgelegt, dass eine Kavität 16 entlang einer Längsachse L geformt wird. In der unteren Bildhälfte ist eine Draufsicht auf das Formwerkzeug dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass das Drehelement bzw. die als Drehelement ausgebildeten Formsegmente 15 Aussparungen 22 aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, durch ein Verdrehen der beiden mittleren Formsegmente 15 um einen Winkel von 90° und ein Zusammenschieben der äußeren Formsegmente 15, vgl. den Doppelpfeil P, eine kürzere Kavität zu formen. Ein Verschieben entlang der Längsachse L kann dabei über geeignete Länglöcher bzw. Führungselemente im Lagerbereich 19 der Formsegmente 15 erfolgen. Ebenso ist es möglich, alle Formsegmente 15 derart zu verfahren, dass eine Kavität 16 mit einem kleineren Durchmesser gebildet wird etc.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil, Rotor
14: Formsegment
15: Formsegment (Drehelement)
16: Kavität
18: Teilkavität
19: Lagerbereich
20: Drehelement
22: Aussparung
30: Angusselement
P: Doppelpfeil
L: Längsachse
D: Drehachse

Claims

Spritzgusswerkzeug, insbesondere zum Umspritzen von Rotoren von elektrischen Maschinen, umfassend ein Formwerkzeug, wobei das Formwerkzeug eine Anordnung von Formsegmenten (14) aufweist, wobei die Anordnung entlang einer Längsachse (L) eine Kavität (16) für ein anzuordnendes Bauteil (10) formt, und wobei eine Wechseleinheit vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, zumindest ein Formsegment (14) aus der Anordnung zu entnehmen und/oder einzusetzen, wodurch eine Größe der Kavität (16) verändert werden kann.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Wechseleinheit zumindest ein Drehelement (20) aufweist, welches ausgelegt ist, das zumindest eine Formsegment (14) zu verfahren.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 2, wobei eine Drehachse (D) des Drehelements (20) versetzt und parallel zur Längsachse (L) orientiert ist, und wobei das zumindest eine Drehelement (20) entlang der Längsachse (L) verfahrbar ist.
Spritzgusswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechseleinheit unterschiedlich dimensionierte Formsegmente (14) bereitstellt.
Spritzgusswerkzeug nach einem der Ansprüche 2-4, wobei eine Vielzahl von Drehelementen (20) entlang der Längsachse (L) vorgesehen ist.
Spritzgusswerkzeug nach einem der Ansprüche 2-5, wobei das zumindest eine Drehelement (20) kreisscheibenförmig ausgebildet ist.
Spritzgusswerkzeug nach einem der Ansprüche 2-6, wobei das zumindest eine Drehelement (20) Aussparungen (22) aufweist.
Spritzgusswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Formsegment (15) als Drehelement (20) ausgebildet ist.
Spritzgusswerkzeug nach Anspruch 8, wobei das als Drehelement ausgebildete Formsegment (15) eine Vielzahl von Teilkavitäten (18) aufweist.
Verfahren zum Herstellen von umspritzten Bauteilen, insbesondere von Rotoren von elektrischen Maschinen, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs mit einem Formwerkzeug, welches eine Anordnung von Formsegmenten (14) aufweist, wobei die Anordnung eine Kavität (16) formt; - Positionieren eines ersten Bauteils in der Kavität (16) und Umspritzen mit einem Werkstoff; - Entnehmen und/oder Einsetzen zumindest eines Formsegments (14) zum Verändern eine Größe der Kavität (16) und Positionieren eines zweiten Bauteils in der Kavität (16) zum Umspritzen.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend den Schritt: - Ändern einer Anzahl der Formsegmente (14) zur Längenänderung der Kavität (16).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, umfassend den Schritt: - Bereitstellen von unterschiedlich dimensionierten Formsegmenten (14).