DE102020004905A1

DE102020004905A1 - Multiples Temperierverfahren für Werkstücke mittels Triplexofen

Info

Publication number: DE102020004905A1
Application number: DE102020004905.2A
Authority: DE
Inventors: Karl Bauch; Gerhard Karl Mais; Wolfgang Weiss
Original assignee: Hedrich GmbH
Current assignee: Hedrich GmbH
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2022-02-17
Also published as: JP2023539566A; BR112023002594A2; CN116348618A; EP4197094A1; KR20230061404A; US20230299652A1; MX2023001806A; WO2022034164A1

Abstract

Multiples Temperierverfahren für Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren sowie Bauteile bestehend aus Werkstoffen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften mittels eines Triplexofens (1) zum schnellen effizienten und gleichmäßigen Aufheizen von vorzugsweise rohrförmigen Bauteilen wie Statoren (7) wobei die magnetischen Teile eines Bauteils primär mittels Induktion und gleichzeitig unmagnetische Teile des gleichen Bauteils primär mittels Infrarotstrahlung aufgeheizt werden und gleichzeitig sowie nachfolgend eine sekundäre Beheizung mittels Konvektion insbesondere durch Passivheizelemente (10) erfolgt, die zur Feinjustage der Zieltemperatur und zu deren Beibehaltung dient.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung in Form eines Triplexofens zum schnellen effizienten und gleichmäßigen Aufheizen von vorzugsweise rohrförmigen Bauteilen wie Statoren von Elektromotoren aus verschiedenen Werkstoffen. Der Triplexofen ermöglicht den gleichzeitigen Einsatz von drei unterschiedlichen Heizverfahren abgestimmt auf die unterschiedlichen Werkstoffe und Teile von Bauteilen wie Elektromotorstatoren.
Zum Vergießen und/oder zum Imprägnieren der in der Regel aus Kupfer bestehenden stromführenden Bauteile eines Elektromotors ist es notwendig die aus Stahlblechen und aus Kupferstäben sogenannten Hairpins oder Kupferdrähten bestehenden Statoren und Rotoren auf Temperaturen zwischen 80 und 180 °C zu erwärmen. Das Imprägnieren und/oder Vergießen von Statoren und Rotoren erfolgt insbesondere zur Fixierung der Bauteile gegeneinander, zur besseren und definierten Wärmeableitung und zur zusätzlichen elektrischen Isolierung.
Die nachfolgende Erfindung zielt insbesondere auf Statoren von Elektromotoren ab, die aus einem Weicheisenblechpaket und einer Kupferwicklung bestehen. Die Kupferwicklung ist bei neueren Motoren oft durch verschweißte Hairpins aus Kupfer ersetzt, die am Innendurchmesser in das Blechpaket eingelassen sind und beidseitig axial als sogenannte Wickelköpfe vorstehen. Eine effiziente, schnelle und gleichmäßige Temperaturerhöhung ist sowohl beim Vorheizen des Stators für das Imprägnieren und/oder Vergießen als auch für die anschließenden Temperaturerhöhungen zum Gelieren und zum Aushärten gewünscht.
Bei aktuellen Anlagen zum Imprägnieren oder Vergießen dieser Bauteile werden bisher meist Umluftöfen verwendet, in die die Statoren für eine Mindestdauer eingebracht werden bzw. diese Öfen durchlaufen um die gewünschte Temperatur anzunehmen. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei durch Konvektion. Beheizt werden diese Öfen in der Regel mittels Gas oder Strom. Im Vakuum ist diese Art der Erwärmung wirkungslos da der Wärmeträger Luft fehlt. Dieses Verfahren ist preiswert, bestens erprobt, schonend und unempfindlich gegen lange Verweildauer, es benötigt jedoch erheblich Zeit, Raum und Energie.
Seit einigen Jahren werden die Statoren vereinzelt mittels Infrarotstrahlung temperiert, die von außen auf die Bauteile gerichtet ist, Hier trifft die wärmende Strahlung direkt auf der Oberfläche des zu beheizenden Körpers auf. Der Wärmeübergang von der Wärmequelle in die Luft und von der Luft, oder einem Gas, auf den Stator entfällt damit. Die Oberflächen unterschiedlicher Werkstoffe werden dabei jedoch je nach Reflektionsgrad und Wärmeleitfähigkeit erheblich unterschiedlich erwärmt. Da die Strahlung auf die dünnen Kupferteile ebenso einwirkt wie auf das dicke Blechpaket ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung im und auf dem Stator nur mittels längerer Wartezeiten realisierbar.
Weiter sind Induktionsöfen bekannt. Bei diesen Öfen bzw. diesem Verfahren zur Erwärmung von insbesondere magnetischen Werkstoffen wie Eisen wird das Bauteil von einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld durchflossen. Da Kupfer nicht magnetisch ist, wird bei diesem Verfahren im Wesentlichen lediglich das Blechpaket erwärmt. Vom Blechpaket muss die Temperatur dann auf die Kupferteile übergehen. Insbesondere bei der induktiven Erwärmung muss auf Hot-Spots, also Ecken und Kanten geachtet werden an denen sich Magnetwellen konzentrieren. Hier treten sehr schnell Übertemperaturen auf, die zur Zerstörung der Isolierung oder angrenzender Kunststoffteile führen. Ein Verfahren und eine beispielhafte Anlage zum Erwärmen von Statoren mittels Induktion, die auf unterschiedliche Materialien abgestimmt ist, ist in der Offenlegungsschrift DE 10 2017 005 532 A1 vorgestellt. Das Blechpaket und die vorstehenden Kupferteile werden dabei durch unterschiedliche Induktoren mit verschiedenen Frequenzen erwärmt. Das Erreichen einer gleichmäßigen und auf wenige Grad genaue Temperatur am Stator stellt sich bei den direkten Beheizungsmethoden wie Induktion und Bestrahlung in der Praxis als sehr schwierig heraus und ist mit Wartezeiten behaftet. Problematisch ist insbesondere die Temperaturmessung an den nach dem Imprägnieren zwangsläufig stetig rotierenden Teilen. Insbesondere bei unterschiedlichen Starttemperaturen oder längeren Verweilzeiten ergeben sich inakzeptable Abweichungen, die den Gesamtprozess beeinträchtigen.
Als weiteres Verfahren zum Temperieren von Elektromotorstatoren und -rotoren ist die Widerstandsbeheizung. Dabei wird die Wicklung mittels Beaufschlagung durch hohe niederfrequente Ströme bei geringer Spannung beaufschlagt. Hier wird die Wärme aufgrund des elektrischen Widerstands nur in den stromführenden Teilen erzeugt und muss von dort auf die Stahlbauteile wie das Blechpaket übergehen. Dies bedarf einer erheblichen Zeitspanne sofern gleiche Temperatur an allen Bauteilen gefordert ist und ist zudem wegen der großen Energieintensivität wenig effizient.
Lange Zeiträume zum Temperieren der Bauteile bedeuten in der Serienfertigung mit den vorgegebenen kurzen Taktzeiten eine Vielzahl von Werkstückträgern und Spannvorrichtungen, große Öfen mit erheblichen Platz- und Energiebedarf und mit langen Anlauf- und Durchlaufzeiten. Eine große Anzahl in der Anlage befindlicher Bauteile machen diese unflexibel und teuer.
Aufgabe ist es deswegen ein Verfahren und eine Anlage zu generieren, das schnelle, energieeffiziente, gleichmäßige, raumsparende und genaue Temperierung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen wie z. B. Statoren aus Stahl und Kupfer ermöglicht.
Die Aufgabe ist mit einem Verfahren wie in Anspruch 1 beschrieben gelöst. Die nachfolgenden Ansprüche zeigen Ausbildungen des Verfahrens und eine beispielhafte Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens auf.
Das neue Verfahren entspricht zudem der Forderung, dass imprägnierte, also mit noch flüssigem Harz beträufelte Statoren und Rotoren kontinuierlich rotieren müssen um das Abtropfen des Imprägniermaterials und Unwucht zu vermeiden.
Das neue Verfahren zeichnet sich durch die gleichzeitige Beheizung von Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen mit unterschiedlichen auf den Werkstoff und das Bauteil abgestimmte Heizverfahren mit unterschiedlichen Heizquellen aus. Dieses Verfahren realisiert beispielsweise Statoren zudem die gleichzeitige Beheizung von innen und außen. Mit einem derartigen Verfahren und einer darauf abgestimmten Vorrichtung ist erstmals eine sehr schnelle und damit energie- und raumsparende Erwärmung und zudem eine gleichmäßige Durchwärmung derartiger Bauteile möglich. Das neue Verfahren zeichnet sich durch hohe Energieeffizienz aus, weil der größte Teil der Wärme direkt dem Bauteil zugeführt, bzw. bei der Induktion sogar im Bauteil erzeugt wird.
Die im Gegensatz zu den herkömmlichen Wärmeübertragungsöfen, hier als Konvektionsöfen bezeichnet, lässt sich aufgrund der direkten Einbringung eines Großteiles der benötigten Wärmemenge der Thermoraum sehr klein gestalten, weil auch aufgrund der rotierenden Bauteile nur geringe Luftumwälzung notwendig ist. Die kleine Bauweise ergibt wenig Abstrahlfläche und damit geringen Wärmeverlust. Die wärmeisolierte Einhausung der von uns vorgeschlagenen Lösung gibt somit nur wenig Wärme an die Umgebung ab. Aufgrund des Gestaltungsmerkmales, dass die Heizelemente für die direkte Bauteilbeheizung auch zur Speisung der Konvektionsheizung dienen ist ein weiteres hilfreiches Merkmal um den Ofenraum bzw. den Thermoraum klein zu halten. Zum einen lassen sich die IR-Strahler oder Reflektoren so bewegen, dass die die Bauteile umgebende Luft beheizt wird. Zum anderen dienen insbesondere ferritische Passivheizelemente, auf die der Induktor einwirkt als Wärmequelle für die konvektive Beheizung. Die Intensität mit der der Induktor auf die Passivheizelemente einwirkt ist temperaturgeregelt. Der Induktor ist vorzugsweise beweglich gelagert und mittels zumindest eines Aktors auf unterschiedliche Bauteilgrößen und gegebenenfalls auf verschiedene Bauteilformen anpassbar. Durch die Beweglichkeit des Induktors lässt sich dieser auch in den Wirkbereich der Passivheizelemente bringen. Somit kann der gleiche Induktor sowohl zur direkten Beheizung des Bauteils als auch zur Temperierung der Passivheizelemente für die Konvektionsheizung dienen. Als Passivheizelemente schlagen wir ferritische Rippenrohre, Formbauteile, Platten, Stäbe oder Gitter vor. An diesen unbewegten Elementen lässt sich die Temperatur ebenso zuverlässig messen wie die Lufttemperatur in der Heizstation. Durch die Wechselwirkung des Induktors mit den Passivheizelementen wird also zusammen mit dem rotierenden Bauteil, das für eine Luftströmung sorgt ein Konvektionsofen geschaffen. Wahlweise wird die Umwälzung der Luft im Thermoraum durch einen Heiluftventilator unterstützt. Das Konvektionsheizverfahren dient zur geringfügigen Anpassung der Bauteiltemperatur, zum Temperaturausgleich im Bauteil selbst und zum Beibehalten einer erreichten Zieltemperatur bei Wartezeiten wie z. B. bei Stillstand der nachfolgenden Anlagenteile. Die Aktivierung der indirekten Heizung erfolgt insbesondere durch die Abstandsverringerung zwischen Passivheizelement und Induktor, z. B. durch Einschwenken, Drehen, Verschieben usw. sowie durch die unterschiedlich starke Beaufschlagung des Induktors.
Merkmal der neuen Verfahrensweise ist das gleichzeitige Einwirken von Induktion, IR-Strahlung und Konvektion. Wahlweise wird die IR-Strahlung durch die Widerstandserwärmung der Kupferteile mittels hoher Niederspannungsströme ersetzt oder ergänzt.
Bei entsprechender Anordnung lassen sich die Passivheizelemente auch durch die Infrarotstrahler beheizen.
Die Intensität und Dauer der Induktion und/oder der IR-Bestrahlung von 0 bis 100% wird einerseits vom Bediener je nach Bauteil vorgegeben. Andererseits lässt sich die Heizleistung aufgrund der Differenz von Ist- und Solltemperatur unter Berücksichtigung von vorgegebenen Maximaltemperaturen regeln. Da sich die Temperatur an diesen bewegten Teilen nur unzureichend sicher und zudem nur an der Oberfläche messen lässt, erfolgt die Temperierung des Bauteils vorzugsweise entsprechend folgendem Schema. Die Starttemperatur eines Stators mit bekannter Masse an Kupfer und Stahlblech wird gemessen. Die Zieltemperatur steht fest. Aus der in den Stator eingebrachten Heizleistung, der Frequenzumrichter für die Induktionsheizung kann diese darstellen, und der Dauer der Einwirkung lässt sich die eingebrachte Wärmemenge ermitteln und mit der benötigten errechneten Wärmemenge entsprechend eines vorgegebenen degressiven Leistungsverlaufs abgleichen. Alternativ ist es möglich, den Wärmemengeneintrag in das Bauteil entsprechend einer Tabelle in Abhängigkeit vom Temperaturanstieg und dem Bauteil zu programmieren.
Zur Temperaturmessung werden die bekannten berührungslosen und kontaktierenden Messverfahren eingesetzt.
Für eine gleichmäßige Temperaturverteilung am und im Stator rotiert dieser vorzugsweise während des gesamten Aufheizprozesses und wird zudem von Innen und außen beheizt. Damit unterschiedliche Bauteile bzw. Statorgrößen mit den gleichen Induktoren und IR-Strahlern effektiv beheizt werden können sind diese beweglich gelagert. Für innerhalb der Statoren angeordneten Heizelemente ist dies auch deswegen notwendig, damit sich die Statoren zur nächsten Station weiterbewegen können. Ein bewegter kurzer Induktor ermöglicht durch alternierend lineare Bewegung auch die gleichmäßige Erwärmung langer Statoren. Gleiches gilt für die IR-Heizelemente. Zudem ermöglicht diese Beweglichkeit der aktiven Heizelemente auch das gezielte Anfahren und Beheizen der Passivheizelemente für die Temperierung durch Konvektion.
Ein weiteres Merkmal des neuen Verfahrens ist die gleichzeitige Beheizung des rotierenden Bauteiles von Innen und außen mit unterschiedlichen Wärmequellen. Dabei sind die Wärmequellen auf den jeweiligen Werkstoff und die Ausformung des Bauteils abgestimmt. Die Intensität mit der die Wärmequellen auf den entsprechenden Abschnitt des Bauteils über eine vorgegebene Zeit einwirken ergeben die einzubringende Wärmeleistung bzw. die gewünschte Temperatur.
Die Konvektion unterstützt die direkte Bauteilerwärmung und erlangt hauptsächlich dann Bedeutung, wenn es um den Temperaturausgleich im Bauteil und um das Halten der gewünschten Zieltemperatur geht. Durch die Rotation der Bauteile, insbesondere Statoren und Rotoren ist die kontinuierliche Umströmung der Bauteile ohne Einsatz der sonst üblichen Umluftgebläse gegeben. Dies spart Bauraum, Energie und erzeugt keinen Lärm. Aufgrund der nicht notwendigen Einbindung von Gebläsen und Leitblechen und der Nutzung der bereits vorhandenen Heizelemente ist ein sehr kleiner Heizraum möglich, der sich preiswert isolieren und schnell beheizen lässt. Hinsichtlich großer Energieeffizienz wird der beheizte Raum soweit möglich mit reflektierenden Elementen wie Spiegel oder entsprechenden Folien bzw. Beschichtungen versehen. Zur Einsicht in den Triplexofenraum wird im Innenbereich eine Einwegspiegelscheibe verbaut, die 60 bis 95% der Wärmestrahlung reflektiert, jedoch den Blick in den Ofen erlaubt.
Zum Durchfahren des Triplexofens ist dieser mit Klappen und oder Bürsten oder temperaturbeständigen Fallvorhängen an den Bauteilzuführöffnungen und/oder den Thermoraumaussparungen ausgestattet.
Eine gleichmäßige definierte Rotation der Statoren ist insbesondere nach dem Aufbringen oder Einbringen der flüssigen Imprägniermasse, in der Regel ein Lack oder Harz, notwendig damit eine gleichmäßige Schicht auf der Wicklung und eine gleichmäßige Füllung der Nuten erhalten bleibt. Bei Stillstand würde die Imprägniermasse abtropfen. Bei rotierenden Bauteilen wie Rotoren würde sich durch die ungleichmäßige Verteilung zudem eine unzulässige Unwucht ergeben.
Für Bauteile, die aufgrund einer fehlenden Bohrung nicht gleichzeitig von außen und innen beheizbar sind wird die gegenüberliegende oder aufgereihte Anordnung der vorzugsweise beweglichen Heizelemente vorgeschlagen.
Eine beispielhafte Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens in Form eines Triplexofens besteht im Wesentlichen aus einem Thermoraum und einer damit verbundenen Bauteiltransporteinheit. Die Bauteiltransporteinheit transportiert die Bauteilträger in Schritten oder kontinuierlich durch den Thermoraum. Die Bauteilträger sind hierfür drehbar gelagert und an einem Transportelement oder zwischen mehreren Transportelementen wie Ketten positioniert. Zur kontinuierlichen Rotation der Bauteile werden die Bauteilträger mittels eines gesonderten Antriebs, der auf ein den Bauteilträgern sitzenden Ritzeln einwirken angetrieben. Optional wird die Drehbewegung der Bauteilträger mit den gleichen Ketten erzeugt, zwischen denen die mit Kettenrädern bestückten Bauteilträger positioniert sind.
Die Bauteilträger für rotierende Bauteile sind als Innenspanner oder als Außenspanner ausgeführt und stellen die Verbindung zwischen den im Thermoraum befindlichen und bewegten Bauteilen und der angebauten Bauteiltransporteinheit her.
Der Thermoraum beinhaltet die Heizelemente zur direkten und indirekten Bauteilbeheizung wie z. B. Induktoren, IR-Strahler sowie Passivheizelemente und IR-Strahlungsabsorber oder Reflektoren für die konvektive Beheizung. Der Triplexofen ist modular aufgebaut und weist mindestens eine Heizstation auf, die über die zuvor beschriebenen Heizelemente verfügt. Die Anzahl der in einem Triplexofen aufgereihten Heizstationen richtet sich nach den technischen Vorgaben. Die Einhausung gibt dem größten Bauteil nur wenig Raum um das Volumen des Thermoraums möglichst gering zu halten und einen geringen Temperaturunterschied zwischen Boden und Decke zu erreichen. Der Thermoraum verfügt zur Bauteiltransporteinheit hin einseitig über die gesamte Länge über eine Aussparung in der sich der Werkstückträger bewegt. Die Aussparung ist vorzugsweise mit mehrreihigen Büstenleisten oder anderen federnden Abdeckelementen abgedeckt.
Falls anschließende oder vorgelagerte Anlagenteile ein anderes Temperaturniveau als der Thermoraum haben, sind diese am Eingang und am Ausgang mit verschieblich gelagerten und mit Aktoren versehenen Verschlusselementen wie Klappen oder Tore verschlossen. Diese vorzugsweise als Schiebeelement ausgeführten Eingänge werden nur zur Durchfahrt der Werkstückträger ggf. mit Bauteil geöffnet. Da es bei der Erwärmung der Bauteile und insbesondere des Vergussmaterials oder des Imprägnierharzes beim Gelieren und Aushärten zu Ausdünstungen kommt verfügt der Thermoraum über eine vorzugsweise regelbare Absaugung. Der Thermoraum ist mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, insbesondere mit berührenden und berührungslosen Temperatursensoren.
Anhand der zeichnerisch dargestellten Figuren werden das Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung in Form eines Triplexofens näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine mögliche Anordnung der Primärheizelemente zum zeitgleichen Erhitzen eines Stators (7) von innen und außen mit unterschiedlichen Heizquellen 2 den Ausschnitt einer beispielhaften Ausführung eines Triplexofens (1)
3 einen Bauteilträger (6) als Innenspanner mit aufgesetzten Stator (7)

1 zeigt im Schnitt eine vereinfachte mögliche Anordnung der aktiven und passiven Heizelemente im Thermoraum (2) am Beispiel eines Bauteils in Form eines Stators (7) für Elektromotoren, der im Wesentlichen aus einem Blechpaket (7.1) aus Weicheisenblechen und aus einer Kupferwicklung (7.2) besteht. Die beidseitig über das Blechpaket hinausragenden Kupferstabenden werden als Wickelkopf bezeichnet. Das Blechpaket hat an seinem Innenumfang Längsnuten in die die Kupferstäbe eingebettet sind. Der Stator (7) wird durch einen Bauteilträger (6), der hier vereinfacht als Außenspanner dargestellt ist gelagert, transportiert und in Rotation versetzt. Der Thermoraum (2) ist durch eine wärmeisolierenden Thermoraumeinhausung (2.1) definiert. Die Thermoraumeinhausung (2.1) verfügt über zumindest eine schlitzförmige Aussparung (2.2) zur Bauteiltransporteinheit (5) hin. Entlang dieser Aussparung (2.2) wird der Bauteilträger (6) und mit ihm auch der Stator (7) bewegt um unter Rotation von einer Heizstation zur anderen oder von einem Anlagenteil zum nächsten zu gelangen. Zur primären Beheizung des Stators (7) sind sowohl ein außen angeordneter Induktor (8) für die induktive Erwärmung insbesondere des Blechpaketes und zumindest ein in der zentrischen Bohrung des Stators (7) positionierter Infrarotstrahler (9) für die Erwärmung der Kupferstäbe zu erkennen. In Verbindung mit einem Aktor und durch die verschiebliche Lagerung der Primärheizelemente lassen sich diese an unterschiedliche Bauteilgrößen, im Speziellen an unterschiedliche Statorenabmessungen anpassen oder in die Statoren (7) einzufahren. Weiter ist es Primärheizelementen und insbesondere dem Induktor (8) bei verschieblicher Lagerung möglich in den Wirkbereich der Passivheizelemente (10) zu fahren um diese für die konvektive Beheizung des Thermoraumes (2) und damit des Bauteils zu temperieren. Die IR-Heizröhren sind im dargestellten Fall ebenfalls beweglich gelagert um axial in die zentrische Bohrung des Stators (7) einfahren und ausfahren zu können.
Der Induktor (8) und/oder die IR-Heizröhren sind vorzugsweise verschieblich gelagert und zur automatischen Positionierung mit Aktoren verbunden. Somit lassen sich die Primärheizelemente programmgesteuert auf unterschiedliche Bauteilabmessungen bzw. Statorabmessungen anpassen und zugleich als Energiequelle für die Passivheizelemente (10) zur konvektiven Beheizung des Thermoraumes (2) und des Stators (7) nutzen, indem z. B. der Induktor (8) aktiviert und in den Wechselwirkungsbereich ferritischer Passivheizelemente (10) bewegt wird. Somit beheizt der Induktor (8) wahlweise das Bauteil oder das Passivheizelement (10). In gleicher Weise kann auch mit den IR-Röhren verfahren werden. Für die Luftumwälzung im Thermoraum (2) sorgt die Rotationsbewegung des Stators (7) und/oder ein Heißluftventilator (11).
Der Stator (7) wird bei dieser Anordnung der Heizelemente gleichzeig von außen und innen durch direkte Wärmeeinbringung mittels Induktion in das Blechpaket und IR-Strahlung in die Kupferstäbe beheizt und/oder ergänzend sowie nachfolgend allseitig durch die temperierte umströmende Luft, also durch Konvektion auf Temperatur gehalten oder der Zieltemperatur angeglichen. Der Thermoraum (2) ist vorzugsweise bereits beim Einfahren des Stators (7) mittels der Infrarotstrahler (9) und der Passivheizelemente (10) auf Solltemperatur gebracht.
2 zeigt einen Querschnitt durch einen vereinfacht dargestellten Triplexofen (1) bestehend aus einer Bauteiltransporteinheit (5) und einem Thermoraum (2). Der als Innenspanner mit aufgespanntem Stator (7) dargestellte Bauteilträger (6) ist mit seinen Kettenrädern zwischen Ketten in der Bauteiltransporteinheit (5) gelagert und reicht durch eine Aussparung (2.2), die entlang der Transportstrecke zwischen Bauteiltransporteinheit (5) und Thermoraum (2) eingebracht ist, in den Thermoraum (2) hinein. Damit sich die Achse des Bauteilträgers (6) durch die abgedichtete Aussparung (2.2) bewegen kann, ist die Aussparung (2.2) mit flexiblen Abdeckungen z. B mittels Bürsten, Vorhänge, federnden Lamellen und federnden hitzebeständigen Abdichtungen wie aufgeblasene Silikonschläuche versehen. In dieser Darstellung ist der Induktor (8) außen über dem Blechpaket angeordnet und die Infrarotstrahler (9) sind von außen auf die Kupferstäbe der Wickelköpfe gerichtet. Die temperierte den Stator (7) umgebende Luft zur konvektiven Beheizung ist nicht sichtbar dargestellt. Der Thermoraum (2) besteht aus einer Einhausung, die mit einer thermischen Isolationsschicht ausgekleidet ist, sowie über zumindest eine Bauteilzuführöffnung (3), die gleichzeitig auch zur Bauteilabfuhr dient.
3 zeigt einen Bauteilträger (6), der als Innenspanner für Bauteile mit zentrischer Bohrungen ausgestattet ist und einen Stator (7) trägt. Der Bauteilträger (6) weist in der dargestellten Ausführung zwei Kettenräder auf, die sowohl die Lagerpunkte als auch Antriebselemente für die Rotation und den Transport des Stators (7) sind. Die Kettenräder sind zwischen Ketten gelagert wie in DE 10 2019 004 954.3 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1 =: Triplexofen
2 =: Thermoraum
2.1 =: Thermoraumeinhausung
2.2 =: Thermoraumaussparung
3 =: Bauteilzuführöffnung
4 =: Absaugöffnung
5 =: Bauteiltransporteinheit
6 =: Bauteilträger
7 =: Stator
7.1 =: Blechpaket
7.2 =: Kupferwicklung
8 =: Induktor
9 =: Infrarotstrahler
10 =: Passivheizelement
11 =: Heißluftventilator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017005532 A1 [0006]
DE 102019004954 [0034]

Claims

Multiples Temperierverfahren für Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren bestehend aus Weicheisenblechen und aus Kupferstäben sowie allgemein für Bauteile bestehend aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen magnetischen und wärmetechnischen Eigenschaften dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Teile eines Bauteils primär mittels Induktion und gleichzeitig die unmagnetischen Teile des gleichen Bauteils primär mittels Infrarotstrahlung aufgeheizt werden und sekundär die Erwärmung gleichzeitig und zur nachfolgenden Feinjustage der Zieltemperatur und deren Beibehaltung durch Konvektion erfolgt.
Multiples Temperierverfahren für Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren bestehend aus Weicheisenblechen und aus Kupferstäben sowie allgemein für Bauteile bestehend aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen magnetischen und wärmetechnischen Eigenschaften nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass rohrförmige Bauteile, insbesondere Statoren (7), bei der Primärbeheizung zur schnellen und gleichmäßigen Durchwärmung von innen und von außen gleichzeitig mit unterschiedlichen Heizverfahren, insbesondere mittels Induktion und Infrarotbestrahlung beheizt werden.
Multiples Temperierverfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Intensität der inneren und der äußeren Heizquelle und damit der Induktionsheizung (8) und der Infrarotheizung unabhängig voneinander entsprechend dem Energiebedarf und der Zieltemperatur des am oder im Bauteil zugeordneten Werkstoffteils regeln und steuern lässt.
Multiples Temperierverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil während der Erwärmung zur gleichmäßigen Temperaturverteilung und zum besseren Wärmeübergang bei konvektiver Beheizung durch die umgebende Luft in Bewegung und insbesondere in Rotation versetzt wird und/oder sich der Induktor (8) und die Infrarotstrahler (9) wahlweise linear bewegen.
Multiples Temperierverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Heizenergie für die konvektive Beheizung der Bauteile, teilwiese von der vom Bauteil reflektierten oder der vorbeigestrahlten Infrarotquelle stammt und/oder durch zumindest ein ferritisches Passivheizelement (10) eingebracht wird, das vom Induktor (8) temperiert wird.
Multiples Temperierverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die unmagnetischen aber elektrisch leitende Teile des zu beheizenden Bauteils ergänzend oder alternativ zur Infrarotbestrahlung mittels Widerstandsbeheizung aufgrund hoher Stromdurchleitung aufgeheizt werden.
Multiples Temperierverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung eines Bauteils entsprechend der benötigten Wärmemenge des Bauteils und insbesondere deren einzelner Werkstoffteile zur geforderten Temperaturerhöhung auf Basis der Massen der verschiedenen Werkstoffe und deren Wärmekapazität in der Weise erfolgt, dass die auf den einzelnen Werkstoffteil eines Bauteils einwirkende Wärmeenergie nach Programmvorgabe zugeführt wird bis die gewünschte Wärmemenge eingebracht und damit die Zieltemperatur erreicht ist.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Triplexofen (1) aus zumindest einer Heizstation bestehend aus einer Primärheizung aus zumindest einen vorzugsweise beweglich gelagerten Induktor (8) und mindestens einem vorzugsweise beweglich gelagerten Infrarotstrahler (9), einer Sekundärkonvektionsheizung und zumindest einer außerhalb des Thermoraumes (2) befindlichen Bauteiltransporteinheit (5) mit Bauteildrehantrieb besteht.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle der Sekundärkonvektionsheizung Passivheizelemente (10) sind, wobei die ferritischen Passivheizelemente (10) mit zumindest einem Induktor (8) in Verbindung stehen und/oder Infrarotlichtabsorber die Passivheizelemente für die Infrarotlichtstrahler darstellen.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise sowohl Primärheizelemente als auch Sekundärheizelemente positionsveränderlich gelagert und mit Aktoren verbunden sind.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 8 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Triplexofen (1) zum einen aus einem wärmeisolierten Thermoraum (2) mit aktiven und vorzugsweise ergänzenden passiven Heizelementen, zumindest einer verschließbaren Bauteilzuführöffnung (3) und einer entlang der Bauteilbewegungsrichtung verlaufenden Thermoraumaussparung (2.2) sowie wahlweise über Absaugöffnungen (4), Temperatursensoren, Beleuchtung und zumindest eine einwegverspiegelte Glasscheibe verfügt, und zum anderen aus einer mit dem Thermoraum (2) verbundenen Bauteiltransporteinrichtung, deren darin befindlichen Bauteilträger (6) in den Thermoraum (2) ragen und durch Aktoren mittels Maschinenelemente bewegt und in Rotation versetzt werden.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor (8) als flexibler, wahlweise durch Aktoren verformbarer Hohlkörper, vorzugsweise in Form eines Kupferflexrohres oder eines Kupferwellrohres ausgeführt ist.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Triplexofen (1) über eine Temperatursteuerung für jedes der drei Heizverfahren und für die Bauteiltransporteinheit (5) verfügt.
Triplexofen (1) als Vorrichtung zur schnellen und effizienten Erwärmung von Statoren (7) und Rotoren von Elektromotoren zur Realisierung des Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass in einem Thermoraum (2) mehrere Heizstationen mit primären und sekundären Heizelementen in Reihe angeordnet sind.