DE19741364C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von aus Blechlamellen bestehenden Paketen für Magnetkerne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aus verknüpften Blechlamellen bestehenden Paketen für Magnetker­ ne, sogenannten Blechpaketen.

Bei einem aus der EP 0 133 858 B1 bekannten Verfahren zur Her­ stellung solcher Blechpakete werden aus einem Band Lamellen ausgestanzt und einseitig mit Vertiefungen und auf der ande­ ren Seite mit mit den Vertiefungen übereinstimmenden und ih­ nen gegenüberliegenden Erhebungen versehen. Diese Erhebungen werden in Form von mindestens zwei kreisrunden Warzen beim Zusammenbau jedes Paketes in die Vertiefungen eingepreßt. Da­ bei werden in eine Lamelle pro Blechpaket, die als Trennungs­ lamelle dient, anstelle der Vertiefungen zylindrische Löcher gelocht. In diese zylindrischen Löcher greifen die Warzen der benachbarten Lamelle ein. Der Gegenstand der EP-B 0 133 858 wird hiermit ausdrücklich in die Anmeldung miteinbezogen ("incorporated by reference").

Blechpakete dieser Art werden unter anderem in diversen elek­ tromagnetischen Apparaten gebraucht, wie z. B. Drosseln, Transformatoren, Stellantrieben, Aktuatoren wie z. B. Magnet­ ventilen usw.

Die Anwendungen von Blechpaketen in Magnetkreisen ist seit vielen Jahren Stand der Technik und dient der Reduzierung von Wirbelströmen, die z. B. bei Transformatoren zu einer Erhö­ hung der Verluste oder bei Magnetventilen zu einer Verlänge­ rung der Schaltzeiten beitragen. Alternativ zu Blechpaketen werden Ringbandkerne verwendet, welche aber gegenüber den Blechpaketen den Nachteil aufweisen, daß die zur Ansteuerung benötigten Spulen vor Schließung des Magnetkreises aufgescho­ ben werden müssen.

Durch die Vorgabe eines rechteckigen Eisenquerschnitts bei Blechpaketen konnte bisher der Einsatz von Blechpaketen in verschiedenen Fällen nicht optimiert werden. In vielen Anwen­ dungen ist es nämlich wünschenswert, die Aussparungen für die einzubringenden Blechpakete rund bzw. oval zu halten.

Wird in eine solche runde bzw. ovale Aussparung dann ein Blechpaket mit rechteckigem Eisenquerschnitt eingebracht, ist der vergleichsweise niedrige Eisenquerschnitt bezogen auf den Durchmesser der Aussparung von Nachteil. Dieser Nachteil wird insbesondere dann gravierend, wenn die Einsatzgegebenheiten eine Miniaturisierung der Komponenten erfordern, wie dies insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen notwendig ist. 4.

Aus der EP 184 563 A1 ist ferner ein Verfahren bekannt, Ma­ gnetkerne mit kreisförmigem Querschnitt aus einzelnen Blechen zusammenzusetzen. Bei diesem Verfahren werden jeweils auf ei­ nem Wagen die Bleche einer Lage einer Umsetzstation zuge­ führt, die die Bleche aufnimmt und zum fertigen Kern zusam­ mensetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das eingangs genannte Herstellverfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß auch Blechpakete verfügbar werden, die einen runden oder ovalen Eisenquerschnitt aufweisen.

Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung von aus verknüpften Blechlamellen bestehenden Paketen für Ma­ gnetkerne gelöst, bei welchem aus einem Band Lamellen ausge­ stanzt und einseitig mit Vertiefungen und auf der anderen Seite mit mit den Vertiefungen übereinstimmenden und ihnen gegenüberliegenden Erhebungen versehen werden, wobei die Er­ hebungen in Form von mindestens zwei kreisrunden Warzen beim Zusammenbau jedes Paketes in die Vertiefungen eingepreßt wer­ den, wobei bei einer Lamelle pro Paket, die als Trennungsla­ melle dient, anstelle der Vertiefungen zylindrische Löcher gelocht werden, in welche die Warzen der benachbarten Lamelle eingreifen. Dabei werden aus dem Band Lamellen ausgestanzt, die eine unterschiedliche Außenkontur aufweisen, und zu einem Paket miteinander verknüpft, das zumindest teilweise einen runden Eisenquerschnitt aufweist. Das Blechpaket weist dem­ nach gestufte Kanten auf.

Durch diese Maßnahme können Blechpakete gefertigt werden, die mit ihrer Außenkontur an eine runde Form angepaßt sind und deren Eisenquerschnitt zu mehr als 95% der idealen Kreisform entspricht.

Typischerweise werden dabei aus dem Band Lamellen ausge­ stanzt, die eine unterschiedliche Breite aufweisen. Diese un­ terschiedlich breiten Lamellen werden dann zu einem Paket verknüpft, das einen fast kreisrunden Eisenquerschnitt auf­ weist.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus dem Band E-förmige Lamellen ausge­ stanzt, deren Außen- und/oder Mittelschenkel unterschiedliche Breiten aufweisen. Durch die Variation der Breiten der Mit­ telschenkelbleche können Mittelschenkel hergestellt werden, deren Eisenquerschnitt nahezu der idealen Kreisform ent­ spricht. Dadurch ist es möglich auf den Mittelschenkel kreis­ förmige Spulen aufzuschieben. Durch die Variation der Breiten der Außenschenkelbleche können die entstehenden Blechpakete wiederum an die kreisförmigen oder ovalen Einbauerfordernisse angepaßt werden.

Eine sehr große Arbeitsleistung mit nur einer einzigen Vor­ richtung wird erzielt, wenn die Vertiefungen und die Warzen jeder Lamelle mittels Stempel unter gleichzeitiger Gegen­ krafteinwirkung von Gegenstempeln fließgeprägt werden, wobei der Warzendurchmesser größer als derjenige der entsprechenden Vertiefung und die Warzenhöhe kleiner als die Tiefe der ent­ sprechenden Vertiefung, die mindestens 50% der Lamellendicke erreicht hat, gebildet werden.

Vorzugsweise werden die Vertiefungen und die Warzen durch die Stempel für höchstens 10 ms weiter fließgeprägt, nachdem die Gegenstempel ihre Endstellung erreicht haben.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden der Warzendurchmesser um höchstens 20 µm größer als derjenige der entsprechenden Vertiefung und die Warzenhöhe um höchstens 0,1 mm kleiner als die Tiefe der entsprechenden Vertiefung gebil­ det.

Ferner können die Lamellen an den Sollstellen der Vertiefun­ gen und der Warzen vorgeprägt oder vorgelocht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausführung des Verfah­ rens ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Prägestation der Vertiefungen und der Warzen mindestens zwei Stempel und zwei in der Matrix höhenverstellbare Gegenstempel vorgesehen sind, daß jeder Gegenstempel zum Festlegen seiner Endstellung an der Unterlage der Matrix mit einem Bund versehen ist, und daß in der Ausschneidestation der fertigen Lamelle unterhalb der Matrix Bremselemente eingebaut sind, die quer zu den Gegen­ stempelachsen verlaufen und zu den erforderlichen Widerstand bei der Verbindung der einzelnen fertigen Lamellen unterein­ ander leisten. In der Ausschneidestation befinden sich Schneidstempel, die in definierten Schritten auseinander fahrbar bzw. wieder ineinander fahrbar sind. Dieses Einstel­ len der Schneidstempel auf unterschiedliche Breiten der zu schneidenden Lamellen erfolgt typischerweise automatisch durch einen Stellantrieb.

Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen bei­ spielsweise näher erläutert.

Nach dem Stand der Technik werden in einem Folgewerkzeug mit mehreren Arbeitsstationen Lamellen 1 aus einem Stanzband aus­ gestanzt und aufeinandergeschichtet, um Pakete zu bilden. Nach dem Stand der Technik werden dabei identische Lamellen 1 in dem Folgewerkzeug einseitig mit Vertiefungen 2 und auf der anderen Seite mit mit den Vertiefungen 2 übereinstimmenden und ihnen gegenüberliegenden Warzen 3 versehen. Beim Zusam­ menbau jedes Paketes werden mindestens zwei kreisrunde Warzen 3 in die entsprechenden Vertiefungen 2 eingepreßt. Pro Paket wird jeweils eine Lamelle, die als Trennungslamelle 1' dient, anstelle mit Vertiefungen mit zylindrischen Löchern 4 verse­ hen. In diese Löcher 4 greifen dann die Warzen 3 der benach­ barten Lamellen ein. Dies ist schematisch in der Fig. 1 dar­ gestellt. Die Fig. 2 zeigt eine Trennungslamelle 1' im Quer­ schnitt.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, werden gemäß der vor­ liegenden Erfindung nun nicht mehr identische Lamellen in dem gleichen Folgewerkzeug ausgestanzt, sondern es werden nach dem Einbringen der Warzen die Blechbreiten variiert. Über die Steuerung des Folgeverbundwerkzeuges werden nach jedem Stanz­ schritt die Breite der ausgestanzten Blechlamellen durch la­ terales Verschieben der Schneidstempel neu eingestellt. In dem im Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird als erstes eine schmale Lamelle, deren Breite ca. 30% des angestrebten Durchmessers des Paketes ausmacht, ausgestanzt. Diese schmale Lamelle dient als Trennungslamelle 1 und weist zwei zylindri­ sche Löcher 4 auf. Die zwei zylindrischen Löcher sind mittig gestanzt und ihr Durchmesser macht ungefähr 10% des Paket­ durchmessers aus. In diese zylindrische Löcher werden Warzen der benachbarten Lamelle 2 eingepreßt. Vor dem nächsten Stanzhub des Werkzeuges werden die Schneidstempel auf die Breite des nächsten Bleches motorisch verschoben. Diese näch­ ste Lamelle 2 weist ca. 50% der Breite des Spulenkerns auf. In diese Lamelle 2 werden in dem gleichen Folgewerkzeug ein­ seitig mit Vertiefungen und auf der anderen Seite mit mit den Vertiefungen 2 übereinstimmende und ihnen gegenüberliegende Warzen 3 eingebracht. In der Folge werden dann die Lamellen 3 bis 11 mit steigender Breite analog aufgeknüpft.

Für die nun folgenden Lamellen 10' bis 1' werden dann die seitlichen Schneidstempel wieder suczessive zusammengefahren, so daß das in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Paket als fer­ tiges Teil aus dem Folgeverbundwerkzeug entnehmbar ist.

Auf diese Weise ist es möglich, z. B. einen zylindrischen Spu­ lenkern für eine runde Zündspule herzustellen, der einen ho­ hen Anteil der Querschnittsfläche des Kreises ausfüllt.

In der folgenden Tabelle 1 sind Ausführungen beschrieben, bei denen ein Stabkern mit einem Durchmesser von 30 mm aus Lamel­ len mit unterschiedlicher Dicke nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Dabei ist der Eisenquerschnitt im Vergleich zu einem Blechpaket mit rechteckigem Eisenquer­ schnitt vermessen worden.

Tabelle 1:

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden zylindrische Spu­ lenkerne aus 0,5 mm dickem kornorientierten Eisensilizium hergestellt, die im Durchmesser von 5 mm bis 20 mm variier­ ten.

Die Fig. 5 zeigt einen EK-Kern 20 mit rechteckigem Eisen­ querschnitt gemäß dem Stand der Technik. Solche EK-Kerne wer­ den in Aktuatoren für Dieseleinspritzventile verwendet. Auf­ gabe war hier, einen EK-Kern zu fertigen, der in einem einge­ schränkten Bauvolumen eingeschraubt werden kann und ein hohes Kraftniveau erreichen kann. Der in der Fig. 5 gezeigte EK- Kern 20 weist dabei nur unzureichende Ergebnisse auf, da die Flächenausnützung der runden Außenkontur 21 für den Eisen­ querschnitt nur 31% beträgt.

Der in der Fig. 6 gezeigte runde EK-Kern 30 wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an die runde Außenkontur 31 ange­ paßt. Die Auslegung des Folgeverbundwerkzeugs erfolgte wie zur Fertigung der in Fig. 3 und 4 gezeigten zylindrischen Spulenkerne durch Verschieben der Schneidstempel. Der in Fig. 6 gezeigte runde EK-Kern 30 der folgenden Erfindung weist eine wesentliche höhere Flächenausnutzung im Vergleich zu dem EK-Kern 20 aus der Fig. 5 auf. Es wurde dabei eine um 20% höhere Flächenausnutzung erzielt.

Die Blechpakete wurden wiederum aus Eisensilizium hergestellt und mit Blechpaketen nach dem Stand der Technik verglichen. Es wurde in dem Aktuator für ein Dieseleinspritzventil eine Erhöhung des Kraftniveaus des Magnetkreises von 20% erzielt.

Fig. 7 zeigt einen EK-Kern 40 gemäß der vorliegenden Erfin­ dung mit einem Durchbruch am Mittelschenkel, wie er der DE-U 295 14 508 zu entnehmen ist. Der Gegenstand der DE-U 295 14 508 wird hiermit ausdrücklich einbezogen ("incorporated by refe­ rence"). Für die mittleren Lamellen 41, 42 wird zu der Mitte eine Aussparung 43 vorgesehen, so daß in der Anwendung eine zentrale Führung für eine Ventilstange (nicht gezeigt) ermög­ licht wird. Auch in diesem Anwendungsfall konnte das Kraft­ niveau um 19% gegenüber einem vergleichbaren Blechpaket mit rechteckigem Eisenquerschnitt erhöht werden. Der gezeigte EK- Kern 40 besteht wiederum aus kornorientiertem Eisensilizium.

Bei der Optimierung des in Fig. 7 gezeigten EK-Kerns 40 mit außen abgerundeten Konturen wird die Begrenzung der Ausnut­ zung der Kreisfläche durch die Breite der äußeren Blechlagen bestimmt. Eine weitere Optimierung kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß auch die zur Herstellung von Kernen er­ forderlichen inneren Schneidstempel des Folgeverbundwerkzeugs motorisch verschoben werden. Hierdurch wird der Mittelschen­ kel des Blechpaketes abgerundet und folglich für die äußeren Lagen ausreichend Platz geschaffen, damit eine stanztechni­ sche Verknüpfung im Werkzeug noch möglich ist.

In Fig. 8 ist ein an die runde Form angepaßtes Blechpaket 50 dargestellt, bei dem im Vergleich zu dem Blechpaket aus Fig. 6 mit rechteckigem Eisenquerschnitt eine 44% größere Eisen­ querschnittsfläche erzielt wird.

Ein entsprechendes Blechpaket 50 in einem Einbauraum von 20 mm aus Lamellen aus 1 mm dicken Eisensilizium erzielte im Vergleich zu einem Blechpaket 40 mit rechteckigem Eisenquer­ schnitt eine Kraft von 78 N anstelle 54 N.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von aus verknüpften Blechlamellen bestehenden Paketen für Magnetkerne, bei welchem aus einem Band Lamellen (1-11, 1'-10') ausgestanzt und einseitig mit Vertiefungen (2) und auf der anderen Seite mit den Ver­ tiefungen (2) übereinstimmenden und ihnen gegenüberliegenden Erhebungen versehen werden, wobei die Erhebungen in Form von mindestens zwei Warzen (3) beim Zusammenbau jedes Paketes in die Vertiefungen (2) eingepreßt werden, wobei bei einer La­ melle pro Paket, die als Trennungslamelle (1) dient, anstelle der Vertiefungen (2) Löcher (4) gelocht werden, in welche die Warzen der benachbarten Lamelle (2) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Band Lamellen (1-11, 1'-10') ausgestanzt wer­ den, die eine unterschiedliche Außenkontur aufweisen, und zu einem Paket miteinander verknüpft werden, das zumindest teil­ weise einen nahezu runden Eisenquerschnitt aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen in Form von mindestens zwei kreisrunden Warzen (3) beim Zusammenbau jedes Paketes in die Vertiefungen (2) eingepreßt werden, wobei bei einer Lamelle pro Paket, die als Trennungslamelle (1) dient, anstelle der Vertiefungen (2) zylindrische Löcher (4) gelocht werden, in welche die Warzen (3) der benachbarten Lamelle (2) eingreifen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Band Lamellen (1-11, 1'-10') ausgestanzt wer­ den, die eine unterschiedliche Breite aufweisen, und zu einem Paket miteinander verknüpft werden, das einen nahezu runden Eisenquerschnitt aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Band E-förmige Lamellen ausgestanzt werden, deren Außenschenkel und/oder Mittelschenkel unterschiedliche Brei­ ten aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2) und die Warzen (3) jeder Lamelle (1-11, 1'-10') mittels Stempel unter gleichzeitiger Ge­ genkrafteinwirkung von Gegenstempeln fließgeprägt werden, wo­ bei der Warzendurchmesser größer als derjenige der entspre­ chenden Vertiefung (2) und die Warzenhöhe kleiner als die Tiefe der entsprechenden Vertiefung (2), die mindestens 50% der Lamellendicke erreicht hat, gebildet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2) und die Warzen (3) durch die Stempel für höchstens 10 ms weiter fließgeprägt werden, nachdem die Gegenstempel ihre Endstellung erreicht haben.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Warzendurchmesser um höchstens 20 µm größer als der­ jenige der entsprechenden Vertiefung (2) und die Warzenhöhe um höchstens 0,1 mm kleiner als die Tiefe der entsprechenden Vertiefung (2) gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (1-11, 1'-10') an den Sollstellen der Vertiefungen und der Warzen vorgeprägt oder vorgelocht wer­ den.

9. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Patentan­ spruch 1, bestehend aus einem Folgewerkzeug mit lateral ver­ stellbaren Schneidstempeln.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bestehend aus einem Folge­ werkzeug mit Patrix und Matrix und mehreren Arbeitsstationen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Prägestation der Vertiefungen (2) und der Warzen (3) mindestens zwei Stempel und zwei in der Matrix höhenver­ stellbare Gegenstempel vorgesehen sind, daß jeder Gegenstem­ pel zum Festlegen seiner Endstellung an der Unterlage der Ma­ trix mit einem Bund versehen ist, und daß in der Ausschnei­ destation der fertigen Lamellen (1-11, 1'-10') unterhalb der Matrix Bremselemente eingebaut sind, die quer zu den Ge­ genstempelachsen verlaufen und erforderlichen Widerstand bei der Verbindung der einzelnen fertigen Lamellen (1-11, 1'-10') untereinander leisten.

11. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 hergestellten Paket aus verknüpften Blechla­ mellen (1-11, 1'-10') als Magnetkern in einem Magnetven­ til.

12. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 hergestellten Paket aus verknüpften Blechla­ mellen (1-11, 1'-10') als Magnetkern in einem Stellan­ trieb.

13. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 hergestellten Paket aus verknüpften Blechla­ mellen (1-11, 1'-10') als Magnetkern in einem Transforma­ tor.

14. Verwendung eines mit einem Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 7 hergestellten Paket aus verknüpften Blechla­ mellen (1-11, 1'-10') als Magnetkern in einem Aktuator.