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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblech eines Rotors eines Elektromotors, wobei das Rotorblech einen Schwerpunkt und um den Schwerpunkt herum eine Mittenausnehmung aufweist, wobei das Rotorblech bezüglich des Schwerpunkts eine Innenkontur und eine Außenkontur aufweist, wobei die Außenkontur vom Schwerpunkt einen Radialabstand aufweist, der größer als der Radialabstand der Innenkontur vom Schwerpunkt ist.
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Rotatorische Elektromotoren sind in der Regel entweder als Innenläufermotoren oder als Außenläufermotoren ausgebildet. Bei Innenläufermotoren weist der Elektromotor ein Motorgehäuse auf, in dem der Stator des Elektromotors angeordnet ist. Im Motorgehäuse ist die Rotorwelle gelagert. Auf der Rotorwelle ist das Rotorblechpaket befestigt. Es kann - je nach Ausgestaltung des Elektromotors - Rotorwicklungen tragen oder wicklungslos ausgebildet sein.
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Das Rotorblechpaket besteht aus einzelnen Rotorblechen. Die Rotorbleche werden miteinander zum Rotorblechpaket verbunden, beispielsweise mittels Axialbolzen oder mittels Klammern. Das Rotorblechpaket wird mit der Rotorwelle drehfest verbunden.
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Zum Verbinden des Rotorblechpakets mit der Rotorwelle sind im Stand der Technik verschiedene Vorgehensweisen bekannt.
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Zum Einen ist bekannt, das Rotorblechpaket auf die Rotorwelle aufzuschrumpfen. Hierzu ist es zunächst erforderlich, die Rotorwelle mit hinreichender Genauigkeit auf ein Sollmaß abzudrehen. Sodann wird das Rotorblechpaket erwärmt und im erwärmten Zustand auf die Rotorwelle aufgeschoben. Beim Abkühlen schrumpft das Rotorblechpaket auf die Rotorwelle auf. Gegebenenfalls kann die Rotorwelle zusätzlich gekerbt oder gerändelt sein.
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Die obenstehend beschriebene Vorgehensweise des Standes der Technik weist mehrere Nachteile auf. Zunächst ist ein relativ genaues Bearbeiten der Rotorwelle erforderlich. Sodann ist der Erwärmungsvorgang und der nachfolgende Schrumpfungsprozess erforderlich. Weiterhin muss das Rotorblechpaket im erwärmten (heißen) Zustand gehandhabt werden. Vor allem aber muss das Rotorblechpaket nach dem Aufschrumpfen radial außen nachbehandelt werden, um einen Luftspalt zwischen Rotorblechpaket und Stator mit hinreichender Genauigkeit einhalten zu können.
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Weiterhin ist es im Stand der Technik bekannt, das Rotorblechpaket mit der Rotorwelle zu verkleben. Wenn die Rotorwelle aus gezogenem Rundstahl besteht, ist eine Drehbearbeitung der Rotorwelle nicht erforderlich. Die Qualität der Klebeverbindung ist jedoch in erheblichem Umfang von der Oberflächenqualität und der Oberflächensauberkeit der Rotorwelle und des Rotorblechpakets abhängig. Es ist daher unbedingt erforderlich, das Rotorblechpaket und die Rotorwelle vor dem Kleben zu waschen. Auch weitere Reinigungsprozesse können erforderlich sein.
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Bei dieser Vorgehensweise ist zum einen nachteilig, dass das Aushärten des Klebers abgewartet werden muss, bevor ein weiteres Verarbeiten des Rotors (= Rotorwelle + Rotorblechpaket) erfolgen kann. Zum anderen ist der Kleber nur bis zu einer Grenztemperatur hart und stabil. Bei der Grenztemperatur beginnt der Kleber zu schmelzen und zu fließen. Auch fertigungstechnisch ist der Klebeprozess umständlich.
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Aus der
EP 0 535 706 A1 ist ein Rotorblech eines Rotors eines Elektromotors bekannt. Das Rotorblech weist einen Schwerpunkt und bezüglich des Schwerpunkts eine Innenkontur und eine Außenkontur auf. Die Außenkontur weist vom Schwerpunkt einen Radialabstand auf, der unabhängig vom Tangentialwinkel stets größer als der Radialabstand der Innenkontur vom Schwerpunkt ist. Bei manchen Tangentialwinkeln sind in das Rotorblech in der Nähe der Innenkontur Zwischenausnehmungen eingebracht, so dass zwischen der jeweiligen Zwischenausnehmung und der Innenkontur ein in Radialrichtung elastisch nachgebender Steg verbleibt.
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Aus der
DE 1 291 825 A als nächstliegender Stand der Technik ist ein Rotorblech eines Rotors eines Elektromotors bekannt, das einen Schwerpunkt und bezüglich des Schwerpunkts eine Innenkontur und eine Außenkontur aufweist. Bei diesem Rotorblech weist die Innenkontur nach radial innen gerichtete, halbrunde Haltenasen auf, mittels derer das Rotorblech auf der Rotorwelle des Rotors unter Presssitz gehalten wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Rotorblech zur Verfügung zu stellen, aus dem ein Rotorblechpaket herstellbar ist, das auf einfache und zuverlässige Weise mit der Rotorwelle stabil verbindbar ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Rotorblech mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist die Innenkontur vom Schwerpunkt einen Radialabstand auf, der mit einem auf den Schwerpunkt und eine Referenzrichtung bezogenen Tangentialwinkel zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variiert. Der Radialabstand der Außenkontur vom Schwerpunkt ist unabhängig vom Tangentialwinkel größer als der Maximalwert des Radialabstands der Innenkontur vom Schwerpunkt. Bei Tangentialwinkeln, bei denen der Radialabstand der Innenkontur vom Schwerpunkt den Minimalwert annimmt (nachfolgend Minimumwinkel genannt), sind in die Rotorbleche in der Nähe der Innenkontur Zwischenausnehmungen eingebracht, so dass zwischen der jeweiligen Zwischenausnehmung und der Innenkontur ein in Radialrichtung elastisch nachgebender Steg verbleibt.
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Mit derartigen Rotorblechen kann auf konventionelle Weise ein Rotorblechpaket hergestellt werden. Die Abmessungen der Innenkontur der Rotorbleche und der Rotorwelle sind derart aufeinander abgestimmt, dass die Rotorwelle in die Innenkontur einführbar ist und dort von den Stegen kraftschlüssig durch Klemmung drehfest gehalten wird.
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Die Zwischenausnehmungen weisen eine Tangentialerstreckung und eine Radialerstreckung auf. Es ist möglich, dass die Tangentialerstreckung ebenso groß wie die Radialerstreckung ist oder sogar kleiner als die Radialerstreckung ist. In aller Regel ist die Tangentialerstreckung jedoch größer als die Radialerstreckung. Insbesondere ist die Tangentialerstreckung in der Regel zwei- bis viermal so groß wie die Radialerstreckung.
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Die Stege weisen in Radialrichtung eine minimale Stegbreite auf. Es ist möglich, dass die Tangentialerstreckung der Zwischenausnehmungen ebenso groß wie die minimale Stegbreite ist oder sogar kleiner als die minimale Stegbreite ist. In der Regel ist die Tangentialerstreckung der Zwischenausnehmungen jedoch größer als die minimale Stegbreite. Vorzugsweise ist die Tangentialerstreckung der Zwischenausnehmungen sogar mindestens viermal so groß wie die minimale Stegbreite, vorzugsweise sechs- bis zehnmal so groß.
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Auf Grund der obenstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen ist in der Regel die Radialerstreckung der Zwischenausnehmungen größer als die minimale Stegbreite.
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Es ist möglich, dass die Zwischenausnehmungen eckig ausgebildet sind, beispielsweise als Polygone und insbesondere als Rechtecke oder Sechsecke. Vorzugsweise sind die Zwischenausnehmungen jedoch glatte, konvexe Zwischenausnehmungen, beispielsweise Ellipsen oder Ovale.
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Die minimale Anzahl an Zwischenausnehmungen ist Eins. Es können auch zwei Zwischenausnehmungen vorhanden sein. Vorzugsweise ist die Anzahl an Zwischenausnehmungen jedoch größer als zwei.
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Vorzugsweise ist jeder Minimumwinkel von seinen unmittelbar benachbarten Minimumwinkeln gleich weit beabstandet. Dadurch ergibt sich eine besonders gleichmäßige und stabile Fixierung der Rotorwelle.
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In der Regel sind die Zwischenausnehmungen, bezogen auf den jeweiligen Minimumwinkel, symmetrisch ausgebildet. In Einzelfällen kann jedoch alternativ eine asymmetrische Ausgestaltung der Zwischenausnehmungen sinnvoll sein.
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Es ist möglich, dass die Stege als in Radialrichtung gesehen vor dem Einführen einer Rotorwelle in die Innenkontur plastisch unverformte Stege ausgebildet sind. Alternativ können die Stege jedoch als in Radialrichtung gesehen bereits vor dem Einführen einer Rotorwelle in die Innenkontur nach radial innen plastisch vorverformte Stege ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
- 1 ein Rotorblech in der Draufsicht,
- 2 einen Ausschnitt von 1 und
- 3 einen Ausschnitt von 2.
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Gemäß 1 ist ein Rotorblech 1 im Wesentlichen rotationssymmetrisch um einen Schwerpunkt 2. Um den Schwerpunkt 2 herum weist das Rotorblech 1 eine Mittenausnehmung 3 auf. Die Mittenausnehmung 3 ist im Wesentlichen kreisförmig, aber nicht exakt kreisförmig. Das Rotorblech 1 weist daher bezüglich des Schwerpunkts 2 eine Innenkontur 4 auf, deren Radialabstand r vom Schwerpunkt 2 in Abhängigkeit von einem Tangentialwinkel α zwischen einem Minimalwert rmin und einem Maximalwert rmax variiert. Der Tangentialwinkel α ist auf den Schwerpunkt 2 und eine - prinzipiell beliebige - Referenzrichtung x bezogen.
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Das Rotorblech 1 weist weiterhin bezüglich des Schwerpunkts 2 eine Außenkontur 5 auf. Die Außenkontur 5 weist vom Schwerpunkt 2 einen Radialabstand R auf, der unabhängig vom Tangentialwinkel α größer als der Maximalwert rmax des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 ist. Dies gilt unabhängig davon, ob der Radialabstand R der Außenkontur 5 vom Schwerpunkt 2 vom Tangentialwinkel α abhängt oder konstant ist.
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Diejenigen der Tangentialwinkel α, bei denen der Radialabstand r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 den Minimalwert rmin annimmt, werden nachfolgend als Minimumwinkel amin bezeichnet.
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Bei den Minimumwinkeln αmin sind in die Rotorbleche 1 in der Nähe der Innenkontur 4 Zwischenausnehmungen 6 eingebracht, so dass zwischen der jeweiligen Zwischenausnehmung 6 und der Innenkontur 4 jeweils ein Steg 7 verbleibt. Die Anordnung und Ausgestaltung der jeweiligen Zwischenausnehmung 6 ist derart, dass der Steg 7 in Radialrichtung (d.h. auf den Schwerpunkt 2 zu bzw. vom Schwerpunkt 2 weg) elastisch nachgebend ist.
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Gemäß den 1 bis 3 ist eine Vielzahl von Zwischenausnehmungen 6 und korrespondierenden Stegen 7 vorhanden. Konkret sind jeweils 10 Zwischenausnehmungen 6 und 10 Stege 7 vorhanden. Es könnten jedoch auch mehr oder weniger Zwischenausnehmungen 6 und Stege 7 vorhanden sein. Minimal könnten sogar nur eine einzige Zwischenausnehmung 6 und ein einziger Steg 7 vorhanden sein.
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Wenn exakt zwei Zwischenausnehmungen 6 vorhanden sind, gibt es für die Anordnung der Zwischenausnehmungen 6 zwei Möglichkeiten. Zum einen können die beiden Zwischenausnehmungen 6 bezüglich des Schwerpunkts 2 diametral gegenüberliegend angeordnet sein. Zum anderen ist es alternativ möglich, dass die Zwischenausnehmungen 6 mit dem Schwerpunkt 2 einen Winkel von ca. 90° bilden, insbesondere von exakt 90°.
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In der Regel sind jedoch mehr als 2 Zwischenausnehmungen 6 und hiermit korrespondierend mehr als zwei Stege 7 vorhanden. Bei mehr als zwei Zwischenausnehmungen 6 sind die Zwischenausnehmungen 6 vorzugsweise derart angeordnet, dass jeder Minimumwinkel amin von seinen unmittelbar benachbarten Minimumwinkeln αmin gleich weit beabstandet ist. Die Zwischenausnehmungen 6 sind in diesem Fall also gleichmäßig auf einem Kreis um den Schwerpunkt 2 herum verteilt.
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Eine Anzahl erfindungsgemäß ausgestalteter Rotorbleche 1 wird in an sich bekannter Weise zu einem Rotorblechpaket zusammengefügt. Beispielsweise kann das Zusammenfügen durch Klammern oder mittels Axialbolzen erfolgen. Sodann wird in die Mittenausnehmungen 3 der Rotorbleche 1 eine Rotorwelle eingeführt. Die Rotorwelle ist in den FIG der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Die Rotorwelle weist ein Normmaß auf, das zwischen einem Minimalmaß und einem Maximalmaß liegt.
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Das Minimalmaß und der Minimalwert rmin des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Minimalwert rmin kleiner als das Minimalmaß der Rotorwelle ist. Das Einführen der Rotorwelle ist daher stets mit einem elastischen - eventuell einem elastisch-plastischen - radialen Auslenken der Stege 7 vom Schwerpunkt 2 weg verbunden. Die Rotorwelle wird daher durch die Stege 7 klemmend in der Mittenausnehmung 3 gehalten.
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Das Maximalmaß der Rotorwelle ist mit dem Maximalwert rmax des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 einerseits und dem Minimalwert rmin des Radialabstands r der Innenkontur 4 vom Schwerpunkt 2 und der Nachgiebigkeit der Stege 7 andererseits derart abgestimmt, dass stets ein Einführen der Rotorwelle in die Mittenausnehmung 3 möglich ist.
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Es ist möglich, dass die Stege 7 vor dem Einführen der Rotorwelle in die Innenkontur 4 nicht vorverformt werden. In diesem Fall sind die Stege 7 als in Radialrichtung gesehen vor dem Einführen der Rotorwelle in die Innenkontur 4 plastisch unverformte Stege 7 ausgebildet. Erst mit dem Einführen der Rotorwelle in die Mittenausnehmung 3 werden die Stege 7 elastisch oder elastisch-plastisch ausgelenkt. Diese Ausgestaltung entspricht im Falle der 3 der Ausgestaltung, dass der jeweilige Steg 7 zunächst so verläuft, wie dies in 3 anhand der durchgezogenen Linien ersichtlich ist. Durch das Einführen der Rotorwelle wird in diesem Fall der jeweilige Steg 7 nach radial außen ausgelenkt, so dass er die Position annimmt, die in 3 gestrichelt dargestellt ist.
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Alternativ zu der zuletzt beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, dass die Stege 7 bereits vor dem Einführen der Rotorwelle in die Innenkontur 4 nach radial innen (also auf den Schwerpunkt 2 zu) plastisch vorverformt werden. In diesem Fall sind die Stege 7 als in Radialrichtung gesehen bereits vor dem Einführen der Rotorwelle in die Innenkontur 4 nach radial innen plastisch vorverformte Stege 7 ausgebildet. Durch das Einführen der Rotorwelle in die Mittenausnehmung 3 erfolgt ein elastisches oder plastisch-elastisches Auslenken der Stege 7 nach radial außen.
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Bei dem zuletzt geschilderten Fall könnten beispielsweise die Mittenausnehmung 3 und die Zwischenausnehmung 6 von 3 so ausgestanzt werden, wie dies für den Steg 7 aus den gestrichelten Linien ersichtlich ist. Sodann wird - vor dem Einführen der Rotorwelle in die Innenkontur 4 - der jeweilige Steg 7 nach radial innen plastisch vorverformt, so dass der Steg 7 die Position einnimmt, die aus den durchgezogenen Linien in 3 ersichtlich ist. Durch das Einführen der Rotorwelle erfolgt später ein Zurückdrücken wieder nach radial außen.
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Die 1 bis 3 zeigen verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen, die nachfolgend erläutert werden. Diese Ausgestaltungen sind beliebig miteinander kombinierbar, sofern sie nicht zwingend aufeinander aufbauen. Sie sind weiterhin für die Realisierung der vorliegenden Erfindung zwar vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Gemäß den 1 bis 3 sind die Zwischenausnehmungen 6, bezogen auf den jeweiligen Minimumwinkel αmin, symmetrisch ausgebildet. Sie sind vorzugsweise als glatte, konvexe Zwischenausnehmungen 6 ausgebildet, insbesondere als Ellipsen oder als Ovale.
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Die Zwischenausnehmungen 6 weisen eine Tangentialerstreckung 1 und eine Radialerstreckung h auf. Weiterhin weisen die Stege 7 in Radialrichtung eine minimale Stegbreite b auf. In der Regel ist die Tangentialerstreckung 1 größer als die Radialerstreckung h. Insbesondere ist die Tangentialerstreckung 1 vorzugsweise zwei- bis viermal so groß wie die Radialerstreckung h. Weiterhin ist die Tangentialerstreckung 1 in der Regel größer als die minimale Stegbreite b. Insbesondere ist die Tangentialerstreckung 1 in der Regel mindestens viermal so groß wie die minimale Stegbreite b. Vorzugsweise ist die Tangentialerstreckung 1 sogar sechs- bis zehnmal so groß wie die minimale Stegbreite b, insbesondere sieben- bis achtmal. Auf Grund der obenstehenden Abmessungsverhältnisse ist in der Regel die Radialerstreckung h der Zwischenausnehmungen 6 auch größer als die minimale Stegbreite b. Meist liegt das Verhältnis zwischen 2:1 und 4:1.
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Mittels der erfindungsgemäß ausgestalteten Rotorbleche 1 sind insbesondere kleinere Elektromotoren realisierbar, bei denen das vom Rotorblechpaket auf die Rotorwelle zu übertragende Drehmoment nicht zu groß ist.
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Falls größere Drehmomente übertragen werden müssen, kann zusätzlich eine formschlüssige Verbindung zwischen Rotorblechpaket und Rotorwelle und/oder eine Verklebung von Rotorblechpaket und Rotorwelle erfolgen. Im Falle eines Verklebens wird der Kleber vorzugsweise - in Tangentialrichtung gesehen - nur in den Winkelbereichen aufgebracht, die zwischen den Stegen 7 liegen. Durch die Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 wird eine Verbindung der Rotorwelle und des Rotorblechpakets mit hoher Koaxialität bei gleichmäßigen Klebespalten gewährleistet.
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Trotz des Verklebens wird der Fertigungsprozess des Elektromotors nur geringfügig verzögert. Denn auf Grund der Stege 7 wird die Rotorwelle bereits vor dem Aushärten des Klebers vom Rotorblechpaket drehfest gehalten.
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Die Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 ermöglichen es, als Rotorwellen unbearbeitete Blankstahlerzeugnisse einzusetzen. Die relativ hohen Toleranzfelder von Blankstahlerzeugnissen im Durchmesser, im Rundlauf und in der Geradheit können durch die Verformbarkeit (elastisch oder plastischelastisch) der Stege 7 kompensiert werden.
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Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere werden nicht nur die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Weiterhin ergeben sich auch nahezu keinerlei Verformungen der Außenkontur 5 beim Einführen der Rotorwelle. Denn die auftretenden Verformungen können nahezu vollständig auf die Stege 7 und die Zwischenausnehmungen 6 begrenzt werden. Weiterhin können die Zwischenausnehmungen 6 auch anderweitig genutzt werden, beispielsweise als sogenannte Fädelnuten oder als Kühlkanäle für das Durchtreten eines Kühlmediums, beispielsweise Luft, im Betrieb des Elektromotors.
