DE102005059018B4

DE102005059018B4 - Elektromotor und Verbindung zwischen einer Rotorwelle und einem Rotorblechpaket

Info

Publication number: DE102005059018B4
Application number: DE102005059018A
Authority: DE
Inventors: Gerd SCHÜLER; Michael Stark
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: DE102005059018A1

Abstract

Elektromotor,
umfassend einen Rotor mit Rotorwelle und Rotorblechpaket
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotorwelle in eine Ausnehmung des Rotorblechpaktes eingeführt ist,
wobei die Rotorwelle zumindest
– einen ersten axialen Bereich A zur Vorzentrierung
– einen zweiten axialen Bereich B zur Zentrierung und
– einen dritten axialen Bereich C zur Drehmomentübertragung
aufweist,
wobei die Bereich B und C Rändelung und/oder Verzahnung aufweisen.
und die Durchmesser der Bereiche A, B und C sowie der Innendurchmesser der Ausnehmung im Rotorblechpaket derart festgesetzt sind,
dass im Bereich A Spielpassung und im Bereich B Übergangspassung bewirkt ist
und dass die Rotorwelle im Bereich C unter Kraftaufwand zur Herstellung der eigentlichen Drehmomentübertragung einführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor und eine Verbindung zwischen einer Rotorwelle und einem Rotorblechpaket.
Aus der DE 103 02 072 B3 , insbesondere dem dortigen Abschnitt [0076] ist eine Verbindung eines Einsteckritzels eines Getriebes zum Direktanbau an einen Motor bekannt.
Aus der EP 0 339 380 B1 ist eine Vorrichtung zur koaxialen drehfesten Verbindung zweier Teile bekannt, bei der ein Quergewindestift zur axialen Fixierung eingesetzt wird. Die Vorrichtung ist jedoch aufwendig zu fertigen, da der Quergewindestift ein zusätzliches Teil darstellt und eine entsprechende, für diesen Quergewindestift geeignete Gewindebohrung zu fertigen ist.
Aus der DE 37 32 223 C2 ist ein Presspassungsaufbau für eine Rotorwelle bekannt. Dabei wird eine Welle mit ihrem verzahnten Bereich eingeführt in eine Bohrung eines Aufnahmeteils, wobei beim formschlüssigen Einpressen Späne entstehen. Zum Sammeln der beim formschlüssigen Einpressen entstehenden Späne sind Ringnuten vorgesehen. Außerdem weist die Welle mindestens zwei Passbereiche (4, 6, 7) auf. Die Fertigung des Presspassungsaufbaus ist somit insbesondere wegen der mindestens zwei Passbereiche und den Ringnuten aufwendig und kostspielig. Darüber hinaus ist es nachteilig, dass kein Presssitz zur Aufnahme von Axialkräften vorhanden ist. Axialkräfte führen sogar dazu, dass das Läuferpaket 8 auf Rückwände 4 treffen kann und Reibungsverluste erhöht sind. Außerdem ist die Fügekraft sehr hoch und es können Verbiegungen oder Schiefstellungen auftreten.
Aus der DE 41 34 552 A1 ist eine Ritzet-Befestigung für Planetengetriebe bekannt, bei der ein Ritzel mit einem Passbereich und einer genormten, gehärteten und geschliffenen Rändelverzahnung versehen ist und in das Aufnahmeteil bei erhöhter Temperatur eingepresst wird. Zum Sammeln der Späne sind ebenfalls Ringnuten vorgesehen. Der Passbereich und die Verzahnung weisen verschiedene Außendurchmesser auf. Die Fertigung dieser Ritzet-Befestigung ist ebenfalls aufwendig und kostspielig, insbesondere wegen den Ringnuten und den verschiedenen Außendurchmessern der Verzahnung und des Passbereichs. Weiter nachteilig ist dabei, dass keine Wiedermontage einer schon vorher zusammengefügten Ritzelbefestigung ermöglicht ist. Denn auf Spalte 3, Zeile 12 der DE 41 34 552 A1 ist klar erwähnt, dass ein Presssitz vorgesehen ist. Dieser Presssitz, insbesondere im Bereich 5, und der Umstand, dass die axiale Länge des Bereiches 5 größer ist als die axiale Länge des Bereiches 3, bewirken, dass beim Ansetzen der Welle zur Wiedermontage ein Erfühlen des Einrastens der Verzahnung der Welle in die in der Bohrung schon vom ersten Zusammenfügen her eingepresste vorhandene Innenverzahnung nicht erfühlbar ist.
Aus der EP 0 784 758 B1 ist eine Wellen-Befestigung bekannt, die zwei Passbereiche (1 und 2, Bereiche A und C) aufweist. Beim Einführen der Welle in die Bohrung eines Aufnahmeteils wird der Formschluss durch ein formschlüssigen Einpressen erreicht. Das Drehmoment wird von dem verzahnten oder gerändelten Bereich B übertragen. Nachteilig ist, dass der Bereich C kein Drehmoment übertragen kann. Relativbewegungen in den Bereichen A und C führen dabei zu Reibdauerbrüchen. Nachteilig ist weiter, dass zwei Passbereiche (Bereiche A und C) notwendig sind und somit eine große Baulänge notwendig ist. Außerdem ist die Fertigung zweier Passbereiche sehr kostspielig. Des Weiteren weist die Bohrung drei verschiedene Durchmesser auf, die ebenfalls aufwendig zu fertigen sind. Die notwendigen Bereiche A und C stellen ausschließliche Zentrierhilfen dar, die nichts zur Drehmomentübertragung beitragen.
Aus der EP 0 661 474 B1 ist eine Wellen-Befestigung bekannt, die ebenfalls zwei Passbereiche und eine Bohrung mit drei verschiedenen Durchmessern aufweist. Auch eine solche Wellen-Befestigung ist aufwendig zu fertigen. In einer anderen Variante derselben Schrift wird auch eine Wellenbefestigung mit nur zwei verschiedenen Durchmessern der Bohrung offenbart. Auch diese Variante ist kostspielig, da die Passbereiche und die Innenwände der Bohrung derart genau bearbeitet werden müssen, dass einerseits beim Einführen der Welle zum Einpressen in die Bohrung des Aufnahmeteils keine Späne entstehen und andererseits nach Einführen, also im eingepressten Zustand nach Montage, keine Zwischenräume zwischen der Welle und der Innenwand der Bohrung entstehen. Das Drehmoment wird von dem verzahnten oder gerändelten Bereich B übertragen. Nachteilig ist auch, dass der Bereich A kein Drehmoment übertragen kann. Die notwendigen Bereiche A und C stellen ausschließliche Zentrierhilfen für den Einpressvorgang dar, die nichts zur Drehmomentübertragung beitragen. Eine Wiedermontage ist nicht oder nur sehr schwer möglich, da der Bereich C länger ist als der Bereich B' des Aufnahmeteils.
Aus der EP 1 281 884 A2 ist eine Baureihe von Wellen 1 bekannt, die mit einem Aufnahmeteil verbindbar sind, das eine Bohrung 3 aufweist mit einem einzigen Bohrungsdurchmesser. Die Welle wird zumindest mit ihrem zylindrischen Bereich B2 und ihrem gerändelten Bereich B1 in diese Bohrung 3 eingepresst. Nachteilig ist dabei, dass eine Wiedermontage nur schwer möglich ist. Denn nachdem die Welle 1 in das Aufnahmeteil eingepresst wurde und dann wieder herausgezogen wurde, ist beim Erneuten Ansetzen der Welle zum Zwecke des Wiederverbindens ein Finden der Verzahnungsstellung unmöglich, da beim leicht angesetzter Welle die Rändelung im Bereich B1 außerhalb des Aufnahmeteils ist, und der zylindrische Bereich B2 mit Kraft einzupressen ist. Ist aber der zylindrische Bereich B2 tief wiedereingeführt in das Aufnahmeteil, ist ein Drehen der Welle 1 nur mit großer Kraft möglich. Somit ist es äußerst schwierig beim leichten Aufeinandertreffen der Rändelung des Bereiches B1 auf die vom ursprünglichen Verbinden erzeugte Innenrändelung des Aufnahmeteils und dann erfolgendem Drehen ein Einrasten der Rändelung in die Innenrändelung zu erfühlen. Denn die für das dafür notwendige Drehen benötigten Drehmomente sind groß und die vom Einrasten der Rändelung her stammenden Drehmomentschwankungen sind sehr klein. Somit ist eine Wiedermontage mit üblichen Mitteln, insbesondere das Finden des Einrastens von Hand, unmöglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Elektromotor die Gefahr von Verbiegungen und/oder Schiefstellungen zu verringern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1 und bei der Verbindung nach den in Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor sind, dass er einen Rotor mit Rotorwelle und Rotorblechpaket umfasst,
wobei die Rotorwelle in eine Ausnehmung des Rotorblechpaktes eingeführt ist,
wobei die Rotorwelle zumindest

– einen ersten axialen Bereich A zur Vorzentrierung
– einen zweiten axialen Bereich B zur Zentrierung und
– einen dritten axialen Bereich C zur Drehmomentübertragung

Von Vorteil ist dabei, dass die im Wesentlichen Dreiteilung der axialen Bereiche der Welle und insbesondere die gestufte Rändelverbindung bei der Welle-Nabe-Verbindung Verzug und Einpresskräfte minimierbar macht. Außerdem wird eine sehr gute Ausrichtung des Rotorpaketes erreicht und es werden hohe übertragbare Drehmomente erreicht.
Die Aufgaben des Vorzentrierens, Zentrierens und Verbindens sind den jeweiligen axialen Bereichen zugeordnet. Somit wird jede Funktion hierbei im Wesentlichen unabhängig und somit optimierbar ausführbar. Beispielsweise wird ein Vorzentrieren in sehr guter Qualität erreichbar, weil keine wesentlichen Kräfte beim Einführen hierbei notwendig sind und somit Fehlstellungen, wie Schiefausrichtung, Versätze und dergleichen, vermeidbar sind. Beim Zentrieren wird dann ein derart festes Anliegen der Welle an die Innenwand der Ausnehmung der Nabe geschaffen, dass beim nachfolgenden wesentliche Fügekraft benötigenden Fügen keine Fehlstellungen auftreten. Hierzu ist allerdings schon beim Einführen zum Zwecke des Zentrierens eine kleine Fügekraft erforderlich, die durch ein entsprechend dimensioniertes Aufmaß auf der Welle im Bereich B erzeugbar ist.
Wesentlicher Vorteil ist weiter, dass durch die im Wesentlichen Dreiteilung der axialen Bereiche für die verschiedenen Zwecke die Zentrierung sehr gut ausgeführt ist und nur eine sehr geringe Fügekraft notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle Rotorwelle und die Nabe ein ein Blechpaket, insbesondere Rotorblechpaket, umfassendes Teil mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Welle. Von Vorteil ist dabei, dass die Welle dünn ausführbar ist und trotzdem nicht verformt wird. Außerdem wird das weiche Blechpaket nicht hohen Fügekräften ausgesetzt, bei denen es sich verformen kann oder beschädigt werden kann. Die Welle muss aber nicht gehärtet sein mit hohen Temperaturen. Es genügt die Kaltverfestigung der Welle im Bereich der Zentrierung und Verbindung, also Bereich B und C, zu nutzen. Die Vorzentrierung, also Bereich A muss nicht härter sein als das Blechpaket. Die Erfindung ermöglicht also das Verbinden der Welle mit einer sehr weichen empfindlichen Nabe bei trotzdem sehr guter Ausrichtung der Teile zueinander.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Bereich B und C eine Verzahnung vorgesehen, insbesondere Rändelverzahnung. Von Vorteil ist dabei, dass diese einfach und schnell fertigbar ist, wobei Kaltverformung anwendbar ist und somit eine Erhöhung der Oberflächen-Härte durch bloßes Bearbeiten erreichbar ist. Alternativ wäre auch eine andere Verzahnung, wie Evolventenverzahnung, verwendbar. Diese wäre aber kostspieliger zu fertigen und würde zur Erhöhung der Härte ein zusätzliches Bearbeitungsverfahren, nämlich das Härten in einem Ofen, erfordern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zähnezahlen im Bereich B und C gleich. Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigung einfach und kostengünstig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Außendurchmesser im Bereich C größer als im Bereich B und dieser wiederum größer als im Bereich A. Von Vorteil ist dabei, dass die Fügekraft wesentlich mittels der Durchmesserunterschiede bestimmbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Welle eine Ringnut und eine Fase zum Einfädeln auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringnut Materialaufwerfungen kompensierbar macht und die Fase ein Einfädeln erleichtert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Beriech A eine Spielpassung herstellbar und im Beriech B eine Übergangspassung. Von Vorteil ist dabei, dass bei einer Spielpassung ein im Wesentlichen kraftfreies Einführen ermöglicht ist und somit eine Vorzentrierung erreicht ist. Bei der Übergangspassung ist ein Einführen mit kleiner Kraft ausführbar, das somit dem nachfolgenden kraftaufwendigen Einführen zum Herstellung des eigentlichen drehmomentübertragenden Verbindungsbereichs vorangeht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist
der Außendurchmesser im Bereich A kleiner als der Innendurchmesser der Ausnehmung,
der Außendurchmesser im Bereich B größer als der Innendurchmesser der Ausnehmung,
der Außendurchmesser im Bereich C größer als der Innendurchmesser der Ausnehmung.
Von Vorteil ist dabei, dass durch die relative Wertefestlegung die Kräfte festlegbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Bereich C – und gegebenenfalls der Bereich B – härter ausgeführt als das Blechpaket. Von Vorteil ist dabei, dass trotzdem ein Verbinden ohne funktionsschädigende Veränderung des Blechpakets erreichbar ist. Denn die notwendigen Kräfte sind gering gehalten und trotzdem ist eine sehr gute Zentrierung erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zähne im Bereich C spitzer ausgeführt als im Beriech B. Von Vorteil ist dabei, dass die Fügekraft weiter verminderbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem Elektromotor sind, dass er mit einer vorbeschriebenen Welle-Nabe-Verbindung ausgeführt ist, wobei die Verbindung zur Verbindung des Rotorblechpakets mit der Rotorwelle vorgesehen ist. Dabei ist das Blechpaket sehr viel weicher als die Rotorwelle, da es nur aus Blechen besteht und die Rotorwelle kaltverformt gefertigt ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Dabei ist in 1 eine Rotorwelle und die zugehörige Nabe, ein Rotorblechpaket mit Kurzschlusskäfig in Schnittansicht vor dem Verbinden gezeigt.
In 2 ist die Rotorwelle mit ihrem Bereich A eingeschoben.
In 3 ist die Rotorwelle mit ihrem Bereich B eingeschoben.
In 4 ist die Rotorwelle mit ihrem Bereich C eingeschoben.
Der Bereich A1 umfasst eine Fase zum Einfädeln der Welle. Der Restbereich des Bereiches A, also der Bereich A2, weist eine Ringnut 3 auf und ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Dabei ist er im Wesentlichen kraftlos axial in die Ausnehmung des Rotorblechpakets 2 einführbar, wobei der Innendurchmesser der Ausnehmung größer oder höchstens gleich ist als der Außendurchmesser im Beriech A2 mit Ausnahme der Ringnut.
Im Bereich B ist der am Umfang größte Wert des Außendurchmessers etwas größer als der Innendurchmesser. Dabei ist der Unterschied der Durchmesser aber derart gewählt, dass eine kleine Fügekraft zum axialen Einführen des Bereiches B notwendig ist. Das Blechpaket wird also etwas verformt und somit eine gute Zentrierung erreicht.
Im Bereich C ist der am Umfang größte Wert des Außendurchmessers derart größer als der Innendurchmesser, dass die Fügekraft größer ist. Die durch die Fügekraft zu bewirkende Verformung ist dabei derart gewählt, dass das die erforderliche Drehmomentübertragung gewährleistet werden kann.
Die Bereiche B und C sind vorzugsweise gerändelt.
Die Ringnut 3 verhindert und/oder kompensiert Materialaufwerfungen im axialen Endbereich des Bereiches A beim Rändeln.
Das Rotorblechpaket 2 ist stanzpaketiert oder mit Paketierdorn gefertigt ausgeführt. Es ist vom Kurzschlusskäfig umgeben. Dabei wird ein Aluminiumgießverfahren angewendet.
Durch die drei Bereiche ist eine sehr gute Zentrierung und somit geringe Presskraft sowie Verhinderung von Verbiegungen oder Schiefstellungen bewirkt. Die Fertigung ist besonders einfach, weil die Rändelung nur eine Stufe zwischen Bereich B und C aufweisen muss.
Vorzugsweise ist im Bereich A eine Spielpassung derart vorhanden, dass die Achsen der Welle und Nabe ausgerichtet sind. Im Bereich B ist vorzugsweise eine Übergangspassung derart vorhanden, dass ausgerichteten Achsen beim weiteren Einpressen geführt werden und im Bereich C dann das drehmomentübertragende Rändel nicht mehr verzogen werden kann.
Das Rändel, insbesondere im Bereich C ist kaltverformt, beispielsweise gewalzt. Dabei sind die verformten Bereiche kaltverfestigt, also härter als die Bleche des Rotorblechpakets. Beim Einpressen in das Rotorblechpaket wird daher ein sehr guter Formschluss mittels der in das Blechpaket sich einschneidenden Verzahnung herstellbar, der hohe Drehmomente übertragbar macht.
Im Bereich C weist das Rändel dieselbe Zähnezahl wie im Beriech B auf, jedoch sind die Zähne spitzer ausgeführt zum Vermindern der Fügekraft. Vorzugsweise formen die Zähne des Bereiches B beim Einfügen in die Nabe schon kleine Eindrücke ins Rotorblechpaket an, in welche dann die Zähne des Bereiches C geführt und weiter eingepresst werden.

A1: Fase
A: Vorzentrierbereich
B: Zentrierbereich
C: drehmomentübertragender Bereich
1: Kurschlussstab
2: Rotorblechpaket
3: Ringnut
4: Rotorwelle

Claims

Elektromotor, umfassend einen Rotor mit Rotorwelle und Rotorblechpaket dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle in eine Ausnehmung des Rotorblechpaktes eingeführt ist, wobei die Rotorwelle zumindest – einen ersten axialen Bereich A zur Vorzentrierung – einen zweiten axialen Bereich B zur Zentrierung und – einen dritten axialen Bereich C zur Drehmomentübertragung aufweist, wobei die Bereich B und C Rändelung und/oder Verzahnung aufweisen. und die Durchmesser der Bereiche A, B und C sowie der Innendurchmesser der Ausnehmung im Rotorblechpaket derart festgesetzt sind, dass im Bereich A Spielpassung und im Bereich B Übergangspassung bewirkt ist und dass die Rotorwelle im Bereich C unter Kraftaufwand zur Herstellung der eigentlichen Drehmomentübertragung einführbar ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblechpaket aus deckungsgleichen Blechteilen in axialer Richtung geschichtet aufgebaut ist.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblechpaket stanzpaketiert oder mit Paketierdorn gefertigt ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne der Rändelung im Bereich C spitzer ausgeführt sind als im Bereich B.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Rändel im Bereich C dieselbe Zähnezahl aufweist wie im Bereich B und dass die Zähne des Bereichs B im Vergleich zu den Zähnen im Bereich C derart spitzer ausgeführt sind, dass durch die Zähne beim Einführen des Bereichs B schon kleine Eindrücke ins Rotorblechpaket einformbar sind, in welche dann die Zähne des Bereichs C einfühbar und weiter einpressbar sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich C – und gegebenenfalls der Bereich B – härter ausgeführt ist als das Blechpaket.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahlen der Rändelung im Bereich B und C gleich sind.
Verbindung zwischen einer Rotorwelle und einem Rotorblechpaket, wobei die Rotorwelle in eine Ausnehmung des Rotorblechpaktes eingeführt ist, wobei die Welle zumindest – einen ersten axialen Bereich A zur Vorzentrierung – einen zweiten axialen Bereich B zur Zentrierung und – einen dritten axialen Bereich C zur Drehmomentübertragung aufweist, wobei die Bereich B und C Rändelung und/oder Verzahnung aufweisen, wobei die Durchmesser der Bereiche A, B und C sowie der Innendurchmesser der Ausnehmung im Rotorblechpaket derart festgesetzt sind, wobei im Bereich A Spielpassung und im Bereich B Übergangspassung bewirkt ist, und wobei die Rotorwelle im Bereich C unter Kraftaufwand zur Herstellung der eigentlichen Drehmomentübertragung einführbar ist.
Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle Rotorwelle ist und die Nabe ein ein Blechpaket, insbesondere Rotorblechpaket, umfassendes Teil mit einer Ausnehmung zur Aufnahme der Welle ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich B und C eine Verzahnung vorgesehen ist, insbesondere Rändelverzahnung.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähnezahlen im Bereich B und C gleich sind.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser im Bereich C größer ist als im Bereich B und dieser wiederum größer als im Bereich A.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle ein Ringnut und eine Fase zum Einfädeln aufweist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich A eine Spielpassung herstellbar ist und im Bereich B eine Übergangspassung.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser im Bereich A kleiner ist als der Innendurchmesser der Ausnehmung, der Außendurchmesser im Bereich B größer ist als der Innendurchmesser der Ausnehmung, der Außendurchmesser im Bereich C größer ist als der Innendurchmesser der Ausnehmung.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich C – und gegebenenfalls der Bereich B – härter ausgeführt ist als das Blechpaket.
Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne im Bereich C spitzer ausgeführt sind als im Bereich B, insbesondere zur Verminderung der Fügekraft.
Elektromotor mit einer Verbindung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wobei die Verbindung zur Verbindung des Rotorblechpakets mit der Rotorwelle vorgesehen ist.