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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorträgers
für eine elektrische Maschine gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Rotorträger gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Stand der Technik
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Bei
großformatigen elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel
elektrischen Maschinen von Hybridantrieben von Kraftfahrzeugen,
wird der Rotor häufig von einem hohlen Rotorträger
statt von einer massiven Rotorwelle getragen, so dass im Inneren
des Rotors bzw. des Rotorträgers Bauraum für weitere
Komponenten der elektrischen Maschine oder für Komponenten
angrenzender Bauteile des Hybridantriebs, wie beispielsweise einer
Kupplung, geschaffen wird. Wie bei kleineren elektrischen Maschinen
besteht der Rotor aus einem Lamellen- oder Rotorblechpaket, das
auf einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche
des Rotorträgers befestigt ist, sowie einer Rotorwicklung
oder Permanentmagneten, die in Aufnahmenuten des Lamellen- oder
Rotorblechpakets untergebracht sind. Der Rotorträger besteht
normalerweise aus einem hohlzylindrischen Umfangswandteil und einem
drehfest mit dem Umfangswandteil verbundenen, im Umriss kreisförmigen
Bodenwandteil. Der Bodenwandteil kann entweder an einem Stirnende
des Umfangswandteils angeordnet sein, so dass der topfförmige
Rotorträger einen in axialer Richtung einseitig offenen
zylindrischen Hohlraum umschließt, oder kann näher
bei der Mitte des Umfangswandteils angeordnet sein, so dass der
doppelt topfförmige Rotorträger zwei nach entgegengesetzten
Seiten offene zylindrische Hohlräume umschließt.
Derartige einstückig ausgebildete Rotorträger
werden bisher in der Regel durch Gießen oder durch Umformen
aus einem Vollmaterial und durch eine anschließende spanabhebende
Bearbeitung hergestellt, was jedoch im Hinblick auf den relativ
großen Bauraumbedarf und die relativ hohen Investitionskosten
der zur Herstellung benötigten Einrichtungen von Nachteil
ist. Außerdem gestatten es die bekannten Verfahren nicht,
für verschiedene Teile des Rotorträgers unterschiedliche,
an die jeweiligen Anforderungen angepasste Materialien zu verwenden.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und einen Rotorträger der eingangs genannten Art dahingehend
zu verbessern, dass eine Fertigung des Rotorträgers aus mehreren,
gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Einzelteilen
ermöglicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Rotorträger aus mindestens zwei Teilen zusammengefügt
wird, die durch Löten fest miteinander verbunden werden.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Rotorträger nicht
durch Gießen oder Umformen aus einem Vollmaterial und durch
eine anschließende spanabhebende Bearbeitung herzustellen,
sondern statt dessen aus mehreren Einzelteilen, die zuvor getrennt
durch Gießen, Umformen, Stanzen und/oder spanabhebende
Bearbeitung gefertigt worden sind und die dann zur Montage des Rotorträgers durch
Löten und insbesondere durch Hartlöten fest miteinander
verbunden werden. Auf diese Weise können die Einzelteile
bei Bedarf aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden,
die optimal an die jeweiligen Anforderungen in verschiedenen Teilbereichen
des Rotorträgers angepasst sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sehr gut
für die Serienfertigung und erleichtert darüber
hinaus auch eine Qualitätsprüfung des fertigen
Rotorträgers, da sich die Güte der Lotverbindung leicht überprüfen
lässt.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei
den durch Löten verbundenen Teilen zum einen um einen hohlzylindrischen Umfangswandteil
des Rotorträgers handelt, auf dem das Lamellen- oder Rotorblechpaket
mit der Rotorwicklung oder Permanentmagneten befestigt ist, sowie
zum anderen um einen Bodenwandteil, der den vom Umfangswandteil
begrenzten Hohlraum an einem Stirnende des Rotorträgers
verschließt oder näher bei dessen Mitte in zwei
getrennte Hohlräume unterteilt. In diesem Fall entfallen
die sonst erforderlichen Biegeradien am Übergang zwischen
dem Umfangswandteil und dem Bodenwandteil, wodurch bei gleicher
Länge und gleichem Durchmesser des Rotors ein größerer
Bauraum im Inneren des Rotorträgers bereitgestellt werden
kann bzw. eine größere nutzbare Länge
am äußeren Umfang des Rotorträgers zur
Verfügung steht.
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Um
eine qualitativ hochwertige Lötverbindung zu gewährleisten,
bei der ein zur Aufnahme von geschmolzenem Lotmaterial dienender
Lötspalt zwischen den beiden Teilen beim Löten
vollständig mit dem Lotmaterial aufgefüllt wird,
sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, die beiden
Teile bzw. zwei an den Lötspalt angrenzende, zu einer Drehachse
des Rotorträgers koaxiale Umfangsflächen der beiden
Teile vor der Herstellung der Lötverbindung spanabhebend
zu bearbeiten, so dass die lichte Weite des Lötspalts weniger
als 0,25 mm beträgt und das aufgeschmolzene Lotmaterial
durch Kapillarkräfte in den Lötspalt gezogen wird.
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Die
Herstellung der Lötverbindung erfolgt bevorzugt durch Ofenlöten,
indem die beiden Teile zuerst bei vertikal ausgerichtetem Umfangswandteil
in eine gewünschte Relativposition gebracht werden, indem
dann das Lotmaterial in festem Zustand oberhalb des Lötspalts
auf dem Bodenwandteil deponiert wird, und indem zuletzt die beiden
Teile zusammen mit dem Lotmaterial durch einen Durchlaufofen bewegt
werden, um das Lotmaterial aufzuschmelzen und das geschmolzenen
Lotmaterial durch Schwerkraft und Kapillarkräfte in den
Lötspalt zwischen den gegenüberliegenden Umfangsflächen
einzubringen.
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Um
die Positionierung des Lotmaterial oberhalb des Lötspalts
zu erleichtern, wird vorzugsweise ein Ring aus Lotmaterial verwendet,
der zweckmäßig in einen in den Lötspalt
mündenden Zwickel zwischen einer gekrümmten äußeren
Umfangsfläche oder einer umlaufenden Fase des Bodenwandteils und
der benachbarten inneren Umfangsfläche des Umfangswandteils
eingelegt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene schematische perspektivische Ansicht von
Teilen eines Rotorträgers einer elektrischen Maschine beim
Verbinden der Teile durch Löten;
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2 eine
vergrößerte Ansicht des Ausschnitts II aus 1 vor
dem Herstellen der Lötverbindung;
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3 eine
vergrößerte Ansicht des Ausschnitts II aus 1,
jedoch mit einem anderen Lotring;
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4 eine
vergrößerte Ansicht des Ausschnitts II aus 1 nach
dem Herstellen der Lötverbindung;
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5 eine
Ansicht ähnlich 1, jedoch von einem etwas anders
aufgebauten Rotorträger;
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6 eine
vergrößerte Ansicht des Ausschnitts VI aus 5 vor
dem Herstellen der Lötverbindung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
in der Zeichnung nur schematisch und vereinfacht dargestellten Rotorträger 2 dienen
zur Abstützung eines Rotors (nicht dargestellt) einer großformatigen
elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs.
Der Rotor besteht in bekannter Weise aus einem Lamellen- oder Rotorblechpaket,
das drehfest auf einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche 4 der
Rotorträger 2 befestigt wird, sowie einer Rotorwicklung
oder Permanentmagneten, die nach der Montage des Lamellen- oder Rotorblechpakets
in Aufnahmenuten desselben eingebracht werden.
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Um
im Inneren der Rotorträger 2 Platz für weitere
Komponenten der elektrischen Maschine oder für andere Komponenten
des Hybridantriebs zu schaffen, wie beispielsweise für
Kupplungen, mit deren Hilfe der Rotorträger 2 mit
einer Abtriebswelle der elektrischen Maschine gekuppelt werden kann,
begrenzen die Rotorträger 2 einen längeren,
in axialer Richtung einseitig offenen zylindrischen Hohlraum 6 (1)
oder zwei kürzere, voneinander getrennte zylindrische Hohlräume 8, 10 (5),
die sich in entgegengesetzte axiale Richtungen öffnen.
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Der
in den 1 bis 4 dargestellte Rotorträger 2 besteht
im Wesentlichen aus einem durch ein Gieß- oder Umformverfahren
und durch eine anschließende spanabhebende Bearbeitung einstückig
hergestellten hohlzylindrischen Umfangswandteil 12, auf
dessen äußerer Umfangsfläche 4 der
Rotor befestigt wird, sowie einem ebenfalls durch ein Gieß-
oder Umformverfahren und durch eine anschließende spanabhebende
Bearbeitung hergestellten topfförmigem runden Bodenwandteil 14,
der starr mit dem Umfangswandteil verbunden ist, wobei er den Hohlraum 6 an
einem Stirnende des Rotorträgers 2 verschließt.
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Wie
am besten in den 2 bis 4 dargestellt,
besteht der Bodenwandteil 14 aus einem ebenen, senkrecht
zu einer Drehachse 16 des Rotorträgers 2 und
parallel zu einer Stirnfläche 18 des Umfangswandteils 12 ausgerichteten
Bodenabschnitt 20, der in einem geringen axialen Abstand
von der Stirnfläche 18 innerhalb des Hohlraums 6 angeordnet
ist, einem zur Drehachse 16 koaxialen hohlzylindrischen
Wandabschnitt 22, sowie einem gebogenen Übergangsabschnitt 24,
der den Wandabschnitt 22 einstückig mit dem Bodenabschnitt 20 verbindet.
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Die
zylindrische äußere Umfangsflache 26 des
Wandabschnitts 22 des Bodenwandteils 14 und die
zylindrische innere Umfangsfläche 28 des Umfangswandteils 12 werden
bei der spanabhebenden Bearbeitung so aneinander angepasst, dass
der Außendurchmesser der Umfangsfläche 26 etwa
0,2 bis 0,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser der gegenüberliegenden
inneren Umfangsfläche 28. Mit diesen Abmessungen
lässt sich der Bodenwandteil 14 in der in 1 dargestellten
Ausrichtung koaxial zur Drehachse 16 ins Innere des Umfangswandteils 12 einführen,
wobei nach dem Einführen zwischen den benachbarten Umfangsflächen 26, 28 der
beiden Teile 14, 12 ein Lötspalt 30 mit
einer Spaltbreite von 0,1 bis 0,25 mm begrenzt wird.
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Die
Herstellung der starren drehfesten Verbindung zwischen dem Bodenwandteil 14 und
dem Umfangswandteil 12 erfolgt durch Hartlöten.
Dabei wird zuerst der Umfangswandteil 12 so auf die ebene Oberseite
einer Unterlage 34 gestellt, dass die Drehachse 16 vertikal
ausgerichtet ist. Anschließend wird der Bodenwandteil 14 mit
nach oben weisendem Bodenabschnitt 20 von oben her ins
Innere des Umfangswandteils 12 eingeführt und
innerhalb des Hohlraums 6 auf einem über die Unterlage 34 überstehenden
Sockel 36 abgesetzt. Die Höhe des Sockels 36 ist
so bemessen, dass sich der Bodenwandteil 14 nach dem Absetzen
in Bezug zum Umfangwandteil 12 in der gewünschten
Position befindet. Alternativ kann der Bodenwandteil 14 auch
auf eine Schulter (nicht dargestellt) des Umfangswandteils 12 aufgelegt
werden. Bei Anwendung einer Übergangspassung zwischen den
Bodenwandteil 14 und dem Umfangswandteil 12 kann
unter Umständen ebenfalls auf den Sockel 36 verzichtet
werden. Danach wird ein Ring 32 aus Hartlot in einen umlaufenden
Zwickel 38 zwischen der Außenseite des gebogenen Übergangsabschnitts 24 und
der inneren Umfangsfläche 28 des Umfangswandteils 12 eingelegt.
Der Lotring 32 kann einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, wie in 2 dargestellt, oder einen an
die Form des Zwickels 38 angepassten Querschnitt, wie in 3 dargestellt.
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Zuletzt
wird die Unterlage 34 mit den ineinander gefügten
Teilen 12, 14 durch einen Durchlaufofen (nicht
dargestellt) transportiert. Das Temperaturprofil des Durchlaufofens
ist so eingestellt, dass der Lotring 32 beim Hindurchtritt
durch den Ofen aufgeschmolzen wird. Das geschmolzene Hartlot fließt
dabei infolge seiner Schwerkraft zuerst im Zwickel 38 nach
unten, bis es in den Lötspalt 30 zwischen den
gegenüberliegenden Umfangsflächen 26, 28 der
beiden Teile 12, 14 eindringt, und wird dann durch
Kapillarkräfte vollständig in den Lötspalt 30 gezogen.
Dabei wird die Luft nach unten aus dem Zwickel 38 und dem Spalt 30 verdrängt.
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Nach
dem Abkühlen und Erstarren des geschmolzenen Hartlots ist
der Umfangswandteil 12 fest mit dem Bodenwandteil 14 verbunden.
In Abhängigkeit von den an den Rotorträger 2 gestellten
Toleranzanforderungen kann anschließend gegebenenfalls
noch eine weitere spanabhebende Bearbeitung vorgenommen werden.
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Im
Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Rotorträger 2 ist
bei dem in 5 und 6 dargestellten
Rotorträger 2 ein als ebene kreisförmige Scheibe 40 ausgebildeter
Bodenwandteil 14 im Abstand von den beiden Stirnenden des
Umfangswandteils 12 ins Innere des letzteren eingesetzt,
wobei er die beiden einseitig offenen Hohlräume 8, 10 voneinander
trennt. Der scheibenförmige Bodenwandteil 14 kann
zum Beispiel durch Stanzen, Schneiden oder Brennen und eine anschließende
spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden. Wie zuvor ist der
Außendurchmesser der Scheibe 40 um etwa 0,2 bis
0,5 mm kleiner als der Innendurchmesser des Umfangswandteils 12.
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Die
Scheibe 40 wird ebenfalls durch Hartlöten mit
dem Umfangswandteil 12 verbunden, indem ein Lotring 32 über
dem Lötspalt 30 auf die Oberseite 42 der
Scheibe 40 aufgelegt und in einem Durchlaufofen aufgeschmolzen
wird, wie zuvor mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
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Um
das Positionieren des Lotrings 32 und den Eintritt des
geschmolzenen Lots in den Lötspalt 30 zu erleichtern,
kann die Scheibe 40 zwischen ihrer Oberseite 42 und
ihrer äußeren Umfangsfläche 44 mit
einer Fase 46 versehen werden, wie in 6 dargestellt,
die zusammen mit der inneren Umfangsfläche 28 des
Umfangswandteils 12 wieder einen zur Aufnahme des Lotrings 32 dienenden
Zwickel 38 begrenzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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