用于制造螺旋导电体的方法与流程

本发明属于机械制造和电气工程领域，并且有利地可用于电机中。然而，总体上可以设想电线圈的所有应用情况的应用。

更具体地，本发明涉及一种用于制造螺旋导电体的方法。

背景技术：

在电机中，螺旋的导电体被用作线圈，以产生磁场或用于其他电气用途。电线圈通常可以用于电气设备中。这类线圈是否符合特定用途的一个重要的量是良好的空间利用率。通常，线圈的不同绕组之间是有间隔的，以防止相邻螺旋螺线的电接触。为此，由于制造的原因，通常要求相邻的螺旋螺线之间有一定的最小距离，这使得空间的利用仍受到限制。在许多情况下，这种螺旋导电体还在其外侧是电绝缘的以避免电接触。

迄今为止，已经生产出具有良好的空间利用率的线圈，例如作为铸造线圈或通过成型生产的线圈，例如铝线圈或铜线圈。然而，生产这种线圈成本很高。在这样的线圈上施加绝缘也需要高成本的工作步骤，特别是如果相邻螺旋螺线/绕组的距离小。

技术实现要素：

在现有技术的背景下，本发明的任务是实现一种制造螺旋导电体的方法，通过所述方法以尽可能低的成本实现空间利用好的这种导电体。良好的空间利用是指由螺旋的体积来填充总体积的尽可能高的填充度，从而在螺旋或绕组的各个螺线之间损失尽可能少的体积。

所述任务通过根据权利要求的方法用本发明的特征来解决。

因此，本发明尤其涉及一种用于制造螺旋导电体的方法，其中首先由在热作用下可液化或可气化的模型材料制成螺旋模型作为失模，然后用(优选地，电绝缘的)绝缘层覆盖并包埋在型砂中，然后将金属铸造材料倒入失模中置换模型材料并与绝缘层连接，其中将附着有绝缘层的铸造体从型砂中除去。

在所述方法中，螺旋导电体在金属铸造方法中用失模生产。首先将失模制成最终产品所需形状的模型，即呈螺旋形状，然后用(优选地，电绝缘的)绝缘层覆盖，所述绝缘层然后形成线圈的导体绝缘或导电体的外部绝缘并在失模的浇铸过程中粘附在金属铸造体上。铸造材料和(优选地，电绝缘的)绝缘层的材料相互匹配，使(优选地，电绝缘的)绝缘层很好地附着在铸件上。(优选地，电绝缘的)绝缘层包含一种组成，该组成使其可以在以后作为线圈的绝缘层使用。

以这种方式涂覆的模型被包埋在型砂中，其中型砂应理解为任何可变形材料，其适于以失模铸造以用于模型的包埋，即特别是颗粒和其他细粒散装材料形式的材料。

在浇铸金属体之后，将其与施加的绝缘层从型砂中除去，并且最好仅进行最小程度的清洁，但是其中绝缘层在导电体上保持粘附。所述绝缘层除了用于所述体的绝缘之外，还可以用作与型砂的隔离层。为此目的，所述绝缘层优选地由使得型砂易于分离的材料组成。

在所述方法的具体的实施方案中可以规定，将所述绝缘层以铸型涂料的形式施加在螺旋模型上。

其中可以规定，所述铸型涂料包含载体液体、耐火组分、粘合剂和任选的其他附加材料。

所述铸型涂料的粘度有利地被调节，使得可以将合适的层厚度应用于所述模型。然后所述层首先通过干燥、粘结或硬化来固化，并为此具有适当结构化的粘结剂和/或附加材料。在固化状态下，所述铸型涂料具有强度，该强度允许在不损坏层的情况下倒入金属铸造材料，从而使铸造材料与所述层连接。在铸造材料变硬之后，所述层形成牢固粘附到铸造体上的表面涂层。

所述方法的其他实施可以规定将所述绝缘层通过浸没、喷涂或喷洒施加到螺旋模型上。

例如，还可以规定，所述(优选地，电绝缘的)绝缘层以多个相继施加的子层的形式施加。

可以将不同的层彼此叠加地施加，并且分别在施加下一层之前至少部分地固化。但是，在施加最后一层之后，还可以将多个层一起固化。

例如可以规定，将所述绝缘层逐个子层地或在最后一层施加之后通过加热和/或空气流干燥。例如，加热也可以通过红外辐射实现。

所述螺旋模型可以全部或部分铸造或发泡，必要时可以由部分组装而成。它也可以由挤出线材通过变形生成。

为了制造螺旋模型，也可以规定将其制造为坯件，然后通过生成螺旋形凹空部使其成为螺旋形。例如，为此可以规定，所述螺旋状凹空部在坯件中由围绕穿过坯件的第一轴旋转并同时沿所述第一轴连续前进的工具产生。所述第一轴可以布置在芯的凹空部内，所述凹空部在第一轴的方向上完全贯穿所述芯。例如，所述芯可以构造成空心圆柱体。但是，也可以将其设计为具有贯穿的圆柱形凹空部的长方体。

为了实现工具的磨蚀或切削作用，可以规定将所述工具构造为股状，特别是杆状，并且在螺旋形凹空部的生成过程中围绕第二轴、特别是其自身的纵轴旋转，或沿第二轴进行摆动运动，其中所述工具特别地具有锯状或锉状的齿。由此，所述工具可以螺旋移动通过整个坯件，并且可以在其中引入螺旋形凹空部。然后，所述坯件的剩余的静止部分也具有螺旋形状，并以失模形成用于后续金属铸造的模型。

作为工具的磨蚀作用的替代或除了工具的磨蚀作用之外，可以规定将所述工具加热到使模型的材料至少软化、特别是熔化的温度。所述工具然后充当热切割丝，并且像锉状工具一样可以在坯件/芯中产生螺旋形凹空部。

根据本发明的方法既适于用电绝缘的层来涂覆，也适于用不一定是电绝缘的层(即例如为了防腐蚀/减少腐蚀或其他绝缘目的而施加的层)来涂覆。

原则上，涂覆材料的选择可以使用在后续涂覆方法中使用的类似的涂覆材料。但是，对于所要求保护的主题，以下给出的细节也被证明是有利的：例如，所述绝缘层的材料可以包括塑料材料(也可以设有相应的电绝缘或非电绝缘附加材料)。根据应用，陶瓷材料也被用于绝缘涂层。

用于绝缘层的材料的具体示例是：热塑性聚氨酯，热塑性聚碳酸酯和/或聚甲基丙烯酸甲酯。

还已经表明，可以使用常规的粉末涂覆和/或粉末喷涂的材料，所述材料当然也可以在液体溶液中进行处理。

已经表明，所述材料还可以包括聚酰胺、聚氯乙烯、以聚酯为粘合剂的环氧体系、以tgic为硬化剂的聚酯体系和/或丙烯酸酯体系和/或聚氨酯体系。

根据本发明的方法还特别适合于制造螺旋体或螺旋件或螺旋形体，特别地还用于在电机中以及在大规模工业用途中的应用。它们的特征在于，存在金属基材和粘附在其上的绝缘层。

例如，铜和铝适合用作铸造材料。

根据螺旋体的应用，例如在稍后组装的电机中，螺旋体的几何形状和尺寸可以不同。并不强制要求总是涉及具有均匀的绕组横截面和均匀的圆柱形内外轮廓的螺旋状螺旋件；例如，横截面面积、横截面形状和/或整体的变化以及单个绕组在其走向中的变化是可能的。例如，有可能所述体具有纵轴(所述体最大伸展方向中的轴)，且所述体垂直于该纵轴的最大伸展在0.02m和2m之间。比如，垂直于熔模铸造生产的体的纵轴的最大伸展可以例如在0.02m和1m之间，在使用失模方法生产的体的情况下，可以例如在0.2m和2m之间。

所述体还可以包含绕组，其中垂直于绕组走向的最大横截面伸展在0.2mm和5cm之间，优选在0.7mm和2cm之间。比如，垂直于熔模铸造生产的体的绕组走向的最大伸展可以例如在0.2mm和1cm之间，在使用失模方法生产的体的情况下，可以例如在3mm和5cm之间。

例如，提供了使用所述方法制造的体，其具有铜、铝、银或镁作为金属材料，并且具有由塑料或陶瓷绝缘材料制成的绝缘层，并且具有例如圆形或椭圆形或多边形或倒圆多边形。

此外，使用所述方法制造的体还可以具有其他金属或金属合金作为金属材料，或者还具有其他导电材料代替金属材料。由此可以使铸造性能和机械性能适应技术要求并且可以考虑经济要求。

附图说明

接下来，将根据实施例的附图示出本发明并继而进行说明。其中：

图1以透视图示出了矩形线圈，

图2以透视图示出了螺旋模型的线股部段，

图3示出了如图2的模型，额外还有第一涂层，

图4示出了具有由两层组成的涂层的模型，

图5示出了模型被去除后的涂层，

图6示出了具有涂层的金属铸体，

图7以透视图示意性地示出了模型以及用于产生所述模型的装置，以及

图8示意性地示出了用于制造螺旋导电体的方法流程的图示。

具体实施方式

图1以透视图示出了矩形线圈1形式的螺旋导电体，所述矩形线圈由螺旋的、横截面为矩形的股状体2组成或包含这种股状体。或者可以将所述螺旋体生产为例如螺丝状的圆圈形式的螺旋线圈或是螺旋状的弯曲线圈或是其他类似形状。这样的体可以通过金属铸造以失模生产。

图2示出了股状模型3的短部段，所述股状模型可以被设计为具有圆形横截面的螺旋体。这样的模型例如可以以发泡塑料体或蜡的形式制成。这种模型或模型体被用作失模，即将其放置在装有型砂的盒子中，其中将金属熔体倒入模型体的体积中，并且将模型体的材料通过液化或气化来溶解和驱除。

通常，这种模型/模型体设有涂层以密封模型的可能粗糙或多孔的表面，并便于随后将铸体从型砂中脱模，并清除附着在铸体上的型砂。

图3以透视图示出了图2的股状模型，所述股状模型具有包围其的、覆盖模型外周面的第一层4，所述第一层由电绝缘和/或防腐绝缘材料组成。

将模型3与层4埋入型砂中以准备浇铸，并将如此得到的失模与金属熔体一起倒出。层4粘附在铸体表面，所述层4比模型3的材料耐热性高得多。

从现有技术中已知用于使铸体与型砂更好地分离的涂层，所述涂层在铸造过程之后从铸体上被去除。与此相反，本文所述的层4非常稳定并且设计为使得其良好地粘附在所述铸体上。它在铸体从型砂中取出之后不需要从铸体去除，而是可以作为绝缘层保留在铸体上。由此，不再需要以后为铸体设置电绝缘层。

图4示出了一种变体，其中模型体3首先设有增附剂层5，然后才接下来以由绝缘材料制成的层4涂覆。所述增附剂5由一种材料构成，所述材料一方面良好地粘合在铸体上，另一方面良好地粘合在绝缘层4上。所述增附剂5被设计成在注入金属熔体时不被破坏，而是附着在金属铸体上。所述增附剂可以由电绝缘或导电材料组成。例如，所述增附剂也可以由在待浇铸的金属的熔化温度下熔化的金属组成。所述增附剂的这种金属可以例如以粉末形式施加到模型上。

在图5中，仅示意性地示出了层4，从其中通过蒸发或液化去除了模型体，使得金属熔体流入到由层4包围的空间6中。

图6示出了铸体7，层4作为绝缘层牢固地粘附在铸体7上。

以层4涂覆模型体3是通过施加粘性的、液体的或糊状的物料来实现的，例如以铸型涂料的形式，所述铸型涂料具有载体液体(其例如可以是水或乙醇)，并且具有一种或多种耐火组分以及任选的调节粘度的附加材料。在金属铸造之后，至少耐火组分以及可能还有粘合剂仍然包含在层4中，并且一起形成绝缘层。

涂层4也可以以液体形式分多个阶段进行，其中在其间将各层粘结或干燥或硬化。由此可以在短时间内完成总体上更大的层厚度。

模型体3可以例如通过在模具中发泡或通过浇铸或型芯制造(kernschieβen)来生产。根据模具的复杂程度，它也可以由多个部分组成，既有单独的发泡部件，也有单独的铸造部件。

生产的一种可能性是例如从连续的例如圆柱形或棱柱形的体上切出螺旋形凹空部，从而保留螺旋体。这样的变体在图7中作为示例示出。在那里示出了具有空心圆柱体壁10的空心圆柱体8，所述空心圆柱体壁围绕空腔9。切割装置的轴12沿着圆柱体轴线11插入空腔9中，其中工具13布置在轴12上，从其径向突出。工具13可以设计成锯状或锉状的股状工具，其可以由例如摆动驱动器14驱动在径向方向上相对于轴11振动或摆动。如果工具13一方面围绕轴12通过其旋转转动，而另一方面沿轴线11通过另一驱动器均匀且持续地前进，则工具13沿螺旋路径行进，通过该路径可在空心圆柱体8中引入螺旋凹空部16。如果螺旋凹空部16穿过空心圆柱体8的主体，则在凹空部16的各个螺线之间保留有模型的螺旋体，所述螺旋体然后可以被涂覆层4或组合的层4、5。然后，如此生成的模型体可以用作失模用于以金属熔体进行的金属铸造，从而生成具有绝缘材料涂层的圆形金属线圈。

图8中根据工艺步骤示意性地展示了设置有绝缘的螺旋导电体的生产。

在第一方法步骤17中，所述模型体由泡沫材料或蜡制成。然后，任选地在随后的步骤18中将增附剂层5施加在所述模型上。在接下来的方法步骤19中，将绝缘层4例如以铸型涂料的形式直接施加到模型上或施加到增附剂层上并且使其粘结。

将如此产生的失模在随后的工艺步骤20中放入型砂中，并在工艺步骤21中用金属熔体填充。由此完成了具有绝缘层的导电体。