Ein einfacher Leitfaden für die verzahnte Lamination: Wie man einen großartigen Motorstapel baut

Helfen Sie bei der Herstellung oder Entwicklung von Elektromotoren? Wenn ja, dann wissen Sie, dass ein starker, gut funktionierender Motorkern sehr wichtig ist. Dieser Kern, der Stator oder Rotor genannt wird, besteht aus einem Stapel dünner Bleche. Früher wurde dieser Stapel durch Schweißen zusammengehalten. Aber es gibt eine viel bessere Methode: das ineinandergreifende Laminieren. In diesem Artikel erfahren Sie, wie ein Stapel mit einem verzahnten Blechpaket funktioniert. Sie werden erfahren, warum diese Methode billiger, schneller und besser für die Funktionsfähigkeit Ihres Motors ist. Lesen Sie weiter, um die einfachen Geheimnisse für den Bau eines wirklich guten Motorstapels zu erfahren.

Was ist eine Lamination, und warum ist sie so wichtig?

Beginnen wir mit den einfachen Teilen. Eine Lamelle ist ein sehr dünnes Stück Stahl. Sie können es sich wie eine Seite in einem dicken Buch vorstellen. Im Inneren eines Motors wird kein massives Stück Stahl für den Kern verwendet. Stattdessen verwendet man einen Stapel dieser sehr dünnen Bleche. Jede Schicht ist mit einer dünnen Schicht überzogen, die die Elektrizität stoppt. Dies ist ein sehr wichtiges Detail. Diese spezielle Beschichtung verhindert, dass Elektrizität von einem Blech zum anderen im Blechstapel fließt.

Warum tun wir das alles? Es geht darum, keine Energie zu verschwenden. Ein Motor, der sich dreht, erzeugt ein Magnetfeld. Wenn der Kern fest wäre, würde dieses Feld elektrische Ströme erzeugen, die sich wie kleine Strudel drehen. Diese Ströme verschwenden Energie, indem sie Wärme erzeugen. Durch die Verwendung vieler Bleche (eine Vielzahl von Blechen) werden diese Ströme gestoppt. Jedes einzelne Blech ist zu dünn, als dass ein großer Strom in Gang kommen könnte. Dieser einfache Trick hilft dem Motor, besser zu funktionieren und weniger Strom zu verbrauchen. Ein Blech ist der Hauptbestandteil, aus dem ein starker Motorstator oder Rotor besteht.

Wie erledigt ein Lamellenstapel seine Aufgabe in einem Motor?

Jetzt wissen Sie, was eine Laminierung ist. Wie wird also ein Kern hergestellt? Man nimmt viele Laminate und presst sie zusammen. So entsteht ein fester Kern, der als Blechpaket bezeichnet wird. Dieses Blechpaket kann für einen Stator (den Teil des Motors, der sich nicht bewegt) oder einen Rotor (den Teil, der sich dreht) verwendet werden. Die Statorpaket hat in der Mitte ein großes Loch für den Rotor. Er hat auch einen oder mehrere Schlitze im Inneren. Die Kupferwicklung wird in diesen Schlitz gesteckt. Die Wicklung ist der Draht, durch den der Strom fließt.

Wenn Strom durch die Wicklung in jedem Schlitz fließt, verwandelt sich der Lamellenstapel in einen starken Magneten. Dies ist der Grund dafür, dass die Rotordrehung. Damit dies am besten funktioniert, müssen die Lamellen im Stapel sehr fest zusammengehalten werden. Sie dürfen nicht lose sein. Die Art und Weise, wie das Blechpaket zusammengehalten wird, hat Einfluss darauf, wie viel der Motor kostet, wie stark er ist und wie gut er funktioniert. Das Hauptziel besteht darin, aus einem einfachen Blechpaket einen soliden Statorkern herzustellen. Dieser Kern muss das Magnetfeld genau in der richtigen Weise durch den Stromkreis leiten.

Was ist eine verzahnte Lamination, und wie bleibt sie zusammen?

Wie lässt sich der Stapel also am besten zusammenhalten? Man könnte eine Schweißnaht, Klebstoff oder Schrauben verwenden. Aber eine intelligentere Methode ist die Verwendung einer Verriegelung. Eine verzahnte Laminierung ist eine besondere Art von Laminierung. Sie ist so beschaffen, dass sie sich mit der direkt daneben liegenden Lamelle verriegelt. Dies geschieht ohne zusätzliche Teile. Stellen Sie sich zwei LEGO-Steine vor, die ineinander klicken. Das ist der Grundgedanke einer Verriegelung. Jede verzahnte Folie hat kleine Erhebungen und Beulen, die zu ihr passen.

Diese Formen werden während des Fertigungsprozesses hergestellt. Eine Maschine, die sogenannte Stanzpresse, schneidet die Lamellenform aus einer großen Stahlrolle aus. Dieselbe Maschine kann auch die Formen für die Verriegelung herstellen. Eine sehr gebräuchliche Form ist die sogenannte Interlock-Lasche. Dabei handelt es sich um ein winziges Metallstück, das aus der flachen Seite eines Blechs herausgedrückt wird. Diese Lasche passt genau in ein kleines Loch oder einen Schlitz auf dem daneben liegenden Blech. Wenn Sie sie stapeln, rastet die Lasche der einen Folie in den Schlitz der darunter liegenden ein. So entsteht eine sehr feste Verbindung.

Können Sie erklären, wie ein Locher das Metall für ein Schloss biegt?

Der Zauber, der die Verriegelung bewirkt, geschieht sehr, sehr schnell. Es ist eine intelligente Art, das Metall mit Kraft zu biegen. Während des Herstellungsprozesses wird ein spezielles Werkzeug verwendet, um die Lamellen zu stanzen. Nennen wir eine bestimmte Lamelle in unserem Beispiel Lamelle 20. Wenn die Maschine das Blech 20 herstellt, kommt ein Werkzeug herunter und stanzt ein kleines Loch in die Oberfläche. Dabei wird kein durchgehendes Loch erzeugt. Stattdessen wird an einer Stelle eine kleine Biegung erzeugt. Diese Biegung ist eine Verformung.

Diese Verformung bildet eine Form, wie eine kleine Beule oder eine Verriegelungslasche. Damit die Verriegelung funktioniert, muss diese kleine Verformung aus der Unterseite des Blechs 20 herausragen. Gleichzeitig kann der Stempel eine passende Delle auf der Oberseite des nächstniedrigeren Blechs im Stapel erzeugen. Wenn also das Blech 20 auf die Oberseite gelegt wird, rastet seine Beule in die Delle des darunter liegenden Blechs ein. Wichtig ist, dass die Verformung kontrolliert ist. Sie muss groß genug sein, um eine starke Verriegelung zu erreichen, aber klein genug, um die magnetischen Eigenschaften des Blechs nicht zu beeinträchtigen. Die Stanzpresse ist ein sehr wichtiger Teil der Vorrichtung und des Verfahrens zur Herstellung dieses Teils.

Was sind die verschiedenen Arten von Interlock-Formen für eine Laminierung?

Nicht alle Interlock-Formen sind gleich. Ingenieure haben sich viele clevere Möglichkeiten ausgedacht, um ein verriegeltes Blech mit dem daneben liegenden zu verbinden. Welche Art von Schloss Sie wählen, hängt von der Größe des Motors, der Dicke des Blechs und den Herstellungskosten ab. Schauen wir uns ein paar gängige Arten an.

• Schwalbenschwanz oder V-Verriegelung: Dies ist eine sehr häufige Verzahnung. Wenn ein Werkzeug eine Stanzung vornimmt, erzeugt es eine V-förmige Verformung auf einer Lamelle. Diese V-Form rastet in eine V-förmige Rille auf der nächsten Schicht ein. Wenn man es in der Mitte durchschneidet und die Seite betrachtet, sieht es aus wie ein Schlüssel in einem Schloss. Das macht es stark.
• Rechteckige Verriegelung: Dies ist wie die V-Verriegelung, aber der Stempel erzeugt eine rechteckige Beule und einen Schlitz. Diese Verriegelungslasche wird häufig bei dickeren Laminaten verwendet.
• Ring und Rille: Bei einer runden Laminierung kann ein kreisförmiger Ring von der Oberfläche nach oben geschoben werden. Dieser Ring rastet in eine Nut der nächsten Laminierung ein.
• Vorsprünge und Aussparungen: Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Vorsprüngen, die mit Vertiefungen ineinandergreifen. Der Stempel erzeugt kleine Erhebungen, die die Vorsprünge sind. Diese werden auf Vorsprüngen gebildet, die mit kleinen Vertiefungen, den Aussparungen, ineinandergreifen. Diese Methode ist Teil der Herstellung von laminierten Baugruppen, bei denen auf jedem Teil Rippen gebildet werden. Die auf den Vorsprüngen gebildeten Rippen sorgen für einen festen Sitz, wenn die Teile in die Vertiefungen der benachbarten Lamellen eingreifen. Jede im Stapel angeordnete Lamelle trägt zur Festigkeit des Stapels bei.

Warum ist eine verzahnte Lamination eine bessere Wahl als ein geschweißter Stapel?

Viele Jahre lang bestand die übliche Methode zur Montage eines Blechpakets darin, die Außenseite zu verschweißen. Eine Schweißnaht ist zwar stark, aber für einen Motor ist sie nicht geeignet. Die sehr starke Hitze der Schweißnaht verletzt die spezielle Beschichtung der einzelnen Bleche. Im Grunde schmilzt sie die Kanten des Blechpakets zu einem Stück zusammen. Dadurch entsteht ein Pfad für die Ströme, die Energie verschwenden, worüber wir bereits gesprochen haben.

Wenn Sie einen Stapel schweißen, erzeugen Sie einen Kurzschluss an der Außenseite des Stators. Dies beeinträchtigt die magnetischen Eigenschaften und führt dazu, dass der Motor mehr Strom verbraucht. Bei einem ineinandergreifenden Blechpaket gibt es dieses Problem überhaupt nicht. Da nicht geschweißt wird, wird die Beschichtung der einzelnen Bleche nicht beschädigt. Die Verriegelung stellt eine starke Verbindung her, ohne dass Wärme benötigt wird. Dies führt zu einem Motor, der besser funktioniert und weniger Energie verschwendet. Ein mit einem Interlock hergestellter Stapel sieht viel ordentlicher aus.

Hier ist eine einfache Tabelle zum Vergleich der beiden Möglichkeiten:

Wie setzt man einen Stapel von ineinandergreifenden Laminaten zusammen?

Das Großartige an der ineinandergreifenden Laminierung ist, wie einfach sie zu montieren ist. Das Herstellungsverfahren erfolgt oft in einem einzigen Schritt. Die Bleche werden direkt in der Stanzpresse gestapelt und miteinander verriegelt. Stellen Sie sich eine Maschine vor, die mit einem Stempel ein Blech aus einer Stahlrolle schneidet. Nennen wir dieses Blech 20. Dieses Blech 20 wird dann sofort auf den Stapel geschoben, der darunter entsteht.

Durch die Kraft der Presse wird die Verriegelungslasche der Folie 20 in die Delle der bereits im Stapel befindlichen Folie gedrückt. Die oben liegende Folie verriegelt mit der darunter liegenden. Dies geschieht wieder und wieder, Hunderte von Malen pro Minute. Jedes neue Blech wird abgeschnitten und sofort dem wachsenden Blechstapel hinzugefügt. Das geht so lange, bis der Stapel die richtige Höhe erreicht hat. Danach wird der fertige Stator- oder Rotorkern aus der Maschine geschoben. Dieses Gerät und Verfahren zur Herstellung eines Stapels ist sehr schnell und verschwendet keine Zeit. Diese Methode zur Herstellung des Stapels ist viel schneller als das Hinzufügen einer separaten Schweißnaht.

Was kann bei der Herstellung einer Kaschierung schiefgehen?

Das ineinandergreifende Laminierungssystem ist großartig, aber der Herstellungsprozess muss sehr genau sein. Ein kleiner Fehler kann zu großen Problemen führen. Ein großes Problem ist, wenn sich kleine Fehler summieren. Man spricht dann von einer Fehlerhäufung. Wenn jede Verriegelung nur um ein kleines bisschen abweicht, können sich diese winzigen Fehler bei einem großen Stapel summieren. Das kann dazu führen, dass der Laminatstapel schief oder verdreht ist. Die oberste Lamelle ist möglicherweise nicht mit der unteren Lamelle ausgerichtet.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass das Metall in die falsche Richtung gebogen wird. Dies ist eine falsche Verformung. Wenn der Stempel zu hart zuschlägt, kann er eine zu starke Verformung verursachen und das Blech verletzen. Dies kann die magnetischen Eigenschaften des Blechs beeinträchtigen. Wenn der Stempel nicht hart genug zuschlägt, ist die Verriegelung schwach, und der Blechstapel kann sich lösen. Das Werkzeug, mit dem das Schloss gestanzt wird, muss in perfekter Form gehalten werden. Das Ziel eines guten Herstellungsverfahrens ist es, die Biegung in einem kleinen Bereich zu halten, um die Verformung nur dort zu lokalisieren, wo die Verriegelung ist. Dadurch wird der Rest der Laminierung geschützt.

Wie verändert eine verzahnte Lamination die magnetischen Eigenschaften eines Motors?

Die Hauptaufgabe eines Stator- oder Rotorkerns besteht darin, dem Magnetfeld zu zeigen, wo es hin soll. Wenn man den Stahl in irgendeiner Weise verändert, kann das seine magnetischen Eigenschaften verändern. Wie wir herausgefunden haben, ist eine Schweißnaht sehr schlecht, weil sie einen Kurzschluss zwischen den Blechen verursacht. Eine Verriegelung ist viel besser, aber sie ist nicht ganz perfekt. Die Verformung durch den Stempel setzt den Stahl einer gewissen Spannung aus. Diese Spannung kann die magnetischen Eigenschaften an dieser kleinen Stelle ein wenig verändern.

Aber die Ingenieure arbeiten sehr hart daran, dieses Problem so gering wie möglich zu halten. Sie entwerfen die Verriegelung so klein wie möglich und trotzdem stark. Sie platzieren die Verriegelungsformen an Stellen des Blechs, an denen das Magnetfeld nicht so wichtig ist. Zum Beispiel sind sie oft weit von den Zähnen entfernt, wo sich die Wicklung befindet. Der geringe Effekt eines Interlocks ist ein kleiner Kompromiss für eine große Verbesserung durch die Beseitigung einer schlechten Schweißnaht. Eine gut gemachte Verriegelung trägt dazu bei, ein Blechpaket zu erstellen, das einen Motor ergibt, der sehr gut funktioniert.

Wie geht es weiter mit der Lamination und der Statortechnologie?

Die Welt der Elektromotoren wird immer besser. Unternehmen, die Autos, Haushaltsgeräte und Werkzeuge herstellen, wollen alle einen Motor, der kleiner ist, weniger kostet und mehr Leistung hat. Das bedeutet, dass die Technologie für die Lamellen und den Stator verbessert werden muss. Wir sehen neue laminierte Baugruppen mit noch komplexeren Rippen. Diese Konstruktionen sorgen für eine noch stärkere Verzahnung mit weniger Verformung.

Auch für die Laminierung werden neuartige Materialien verwendet. Dünnere Stähle, die bessere magnetische Eigenschaften haben, tragen dazu bei, einen Motor zu bauen, der weniger Energie verbraucht. Auch die Geräte und Verfahren zur Herstellung dieser Teile werden immer besser. Mit sehr schnellen Pressen und intelligenteren Werkzeugen kann ein Blechpaket mit großer Sorgfalt hergestellt werden, so dass alles exakt ist. Das einfache, ineinandergreifende Blechpaket wird auch in Zukunft ein wichtiger Bestandteil beim Bau von Elektromotoren, Ankern und Generatoren sein. Aus einem einfachen Stempel auf einem dünnen Stahlblech entsteht ein leistungsstarker Motor.

Wichtige Dinge zu beachten

• Blechpakete sind eine große Sache: Ein Motorkern besteht aus einem Stapel von Lamellen, nicht aus einem einzigen Stück Stahl. Dadurch wird weniger Energie verschwendet.
• Verriegeln ist viel besser als Schweißen: Eine verriegelte Lamelle verwendet mechanische Verriegelungen und keine schädlichen Schweißnähte. Dadurch kann der Motor besser arbeiten.
• Das Verfahren ist einfach: Eine Verriegelung wird durch einen Stempel hergestellt, der eine kleine Verformung der Laminierung bewirkt. Dadurch entsteht eine Lasche, die in das nächste Blatt einrastet.
• Genauigkeit ist das A und O: Der Herstellungsprozess zur Montage eines ineinandergreifenden Laminatstapels muss sehr genau sein, damit keine Fehler auftreten.
• Die Vorteile liegen auf der Hand: Wenn Sie eine Verriegelung verwenden, erhalten Sie einen günstigeren Motorstator oder Rotor, der besser funktioniert und weniger Strom verbraucht.