DE102010022621A1

DE102010022621A1 - Rotorwelle für ein elektrisches Aggregat

Info

Publication number: DE102010022621A1
Application number: DE201010022621
Authority: DE
Inventors: Nico Spitzenberg; Meinhard Kowalski; Christine Wohlfeld
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-08

Abstract

Für ein elektrisches Aggregat wird eine aus mehreren Teilen ausgeführte Rotorwelle (10) mit einem Rotationshohlkörper (12) offenbart, der ein erstes Ende mit einem ersten Verbindungselement (20) und ein zweites Ende mit einem zweiten Verbindungselement (22) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle für ein elektrisches Aggregat mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Verbreitet werden Rotorwellen hergestellt, indem ein Rohling aus einem Werkstück hohl geschmiedet, hohl gebohrt oder mechanisch hohl bearbeitet wird. Derartige Bearbeitungsverfahren sind allerdings aufwendig, insbesondere zeit- und kostenintensiv, da besondere Sorgfalt auf die Präzision der Bearbeitung zu richten ist. Diesbezüglich hat sich in der Praxis herausgestellt, dass auf diese Weise hergestellte Rotorwellen häufig nicht gewichtsoptimiert oder nicht unwuchtfrei sind.
Für Schaltwellen für eine zu betätigende Schaltvorrichtung kann beispielsweise gemäß dem Dokument DE 198 40 681 A1 ein mehrteiliger Aufbau vorgesehen sein, so dass die Herstellkosten gesenkt und das Gewicht reduziert werden. In einer in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsform umfasst die Schaltwelle drei Einzelteile, die wenigstens teilweise massiv ausgeführt sind: ein endseitiges Anschlussstück, ein Zwischenstück und ein Formstück zur Aufnahme von Übertragungselementen. Die Einzelteile werden formschlüssig verbunden und mittels Schweißung oder Lötung gesichert. Sie können aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein. Gemäß dem Dokument DE 198 40 681 A1 ist die Schaltwelle zur Betätigung der Vorrichtung schwenkbar oder verdrehbar gelagert, wobei die auf der Schaltwelle angeordneten Übertragungselemente zur Übertragung der Schaltbewegung auf nachgeordnete Bauteile dienen. Sie ist a priori nicht als unwuchtfreie Rotorwelle geeignet und auch nicht als eine solche zu bezeichnen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Rotorwelle zu schaffen, die insbesondere eine geringe Unwucht und/oder ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rotorwelle für ein elektrisches Aggregat, insbesondere einen elektrischen Motor oder einen elektrischen Generator, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Eine erfindungsgemäße Rotorwelle für ein elektrisches Aggregat, insbesondere für einen elektrischen Motor oder einen elektrischen Generator, umfasst einen oder besteht aus einem Rotationshohlkörper, der ein erstes Ende mit einem ersten Verbindungselement und ein zweites Ende mit einem zweiten Verbindungselement aufweist. Erfindungsgemäß ist die Rotorwelle aus mehreren Teilen oder einer Mehrzahl von Teilen ausgeführt.
Das Verbindungselement kann jeweils insbesondere ein konvexer Vorsprung oder ein Zapfen sein. Die Ausnehmung oder Höhlung der Rotorwelle kann sich insbesondere durchgehend vom ersten bis zum zweiten Ende der Rotorwelle erstrecken. Der Rotationshohlkörper kann eine oder mehrere Höhlungen aufweisen. Die Mehrzahl von Teilen des erfindungsgemäßen Rotationskörpers ist bevorzugt entlang der Rotationsachse der Rotorwelle in Reihe angeordnet. Die äußere Mantelfläche der Rotorwelle kann rotationssymmetrisch sein. Die Rotorwelle kann insbesondere der Aufnahme eines oder mehrerer Lamellenpakete für ein elektrisches Aggregat dienen. Die mehreren Teile der Rotorwelle können in verschiedenen Ausführungsformen aus demselben Werkstoff oder aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein.
Die erfindungsgemäße Rotorwelle kann im Vergleich zur aufwendigen Fertigung aus einem einzelnen Werkstück einfacher und kostengünstiger hergestellt werden, da die mehreren Teile einzeln in einem für das jeweilige Teil optimierten Vorgang angefertigt werden können.
Von den mehreren Teilen der erfindungsgemäßen Rotorwelle sind einander zugeordnete Teile bevorzugt durch Presspassung miteinander verbunden (pressgepasst) und/oder insbesondere wenigstens teilweise miteinander verschweißt. Eine oder mehrere Schweißungen können nach einer Presspassung der Teile zur gesamten Rotorwelle erfolgen. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Rotorwelle in einer einfachen Montage zusammensetzbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Rotorwelle wenigstens, bevorzugt genau dreiteilig. Sie weist ein erstes Deckelteil mit dem ersten Verbindungselement, ein zweites Deckelteil mit dem zweiten Verbindungselement und ein Zwischenteil auf. Der dreiteilige Aufbau stellt in einer konkreten Geometrie eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung dar, indem das Zwischenteil eine Mantelfläche und die Deckelteile axiale Kappen des Rotationshohlkörpers bilden. Die Deckelteile und/oder das Zwischenteil weisen insbesondere wenigstens, bevorzugt genau eine durchgehende Ausnehmung oder Bohrung auf.
Damit die mehreren Teile passgenau und zueinander ausgerichtet aneinander gefügt werden können, kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Deckelteile an einer Fügestelle zum Zwischenteil einen Zentriersitz aufweist. Insbesondere kann der Zentriersitz einen axialen Anschlag aufweisen. Bevorzugt sind beide Deckelteile derartig mit Zentriersitzen ausgeführt. Außerdem ist bevorzugt der Zentriersitz rotationssymmetrisch. Anders gesagt, die Fügestelle verläuft azimutal. Die mehreren Teile können formschlüssig aneinander gefügt sein. In einer besonderen Ausführung kann der Zentriersitz des wenigstens einen Deckelteils in das Zwischenteil eingepasst sein.
Konkret kann wenigstens eines der Deckelteile ein mechanisch bearbeitetes Schmiedeteil sein. Derartige Schmiedeteile können besonders einfach und mit einem sehr genauen Rundlauf gefertigt werden, wobei die Achse der Innenkontur und die Achse der Außenkonturen mit hinreichender Präzision in Übereinstimmung gebracht werden, so dass die Teile ausreichend unwuchtfrei sind. Des Weiteren oder alternativ dazu kann das Zwischenteil der erfindungsgemäßen Rotorwelle ein Zwischenrohr sein. Das Zwischenrohr ist bevorzugt ein nahtloses oder gezogenes Rohr. Es kann dabei ein Rohr in der Qualitätsstufe 9 oder höher verwendet werden. Auch kann das Zwischenteil mit einem Rotorblech ummantelt sein, so dass in vorteilhafter Weise eine ausreichende Wandstärke der Rotorwelle erreicht wird.
Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein elektrisches Aggregat, das eine rotativ angetriebene Rotorwelle aufweist oder mit einer Rotorwelle zum rotativen Antreiben der Rotorwelle verbunden ist. Das elektrische Aggregat kann insbesondere bevorzugt ein elektrischer Motor oder ein elektrischer Generator sein. Ein erfindungsgemäßes elektrisches Aggregat zeichnet sich durch eine Rotorwelle mit einzelnen Merkmalen oder Kombinationen der Merkmale gemäß dieser Darstellung aus.
Auch steht im Zusammenhang der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle für ein elektrisches Aggregat, mit einzelnen Merkmalen oder Kombinationen der Merkmale gemäß dieser Darstellung. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere Teile einer Rotorwelle bereitgestellt, wobei die Teile geordnet zusammengesetzt die Rotorwelle bilden. Die mehreren Teile werden zum Bilden einer Rotorwelle geordnet zusammengefügt.
In konkreten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zugeordnete Teile durch Presspassung aneinandergefügt. Es erfolgt dann eine Schweißung an den sich berührenden Flächen zur festen Verbindung der Teile. Die Schweißung kann punktweise, linienförmig oder flächig sein. Die Schweißung kann dabei in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung der Rotorwelle erfolgen. Bevorzugt wird eine Laserschweißung oder Elektronenstrahlschweißung durchgeführt, da auf diese Weise ein gezielter Energieeintrag in der Tiefe der Rotorwelle erfolgen kann.
Dabei ist es möglich, die Außenkontur der Rotorwelle im gefügten und gegebenenfalls geschweißten Zustand noch weiter zu bearbeiten, insbesondere um eine bestimmte erhöhte Genauigkeit zu erreichen. Des Weiteren kann eine Wärmebehandlung je nach Anforderung oder Besonderheit des oder der verwendeten Werkstoffe vor Zusammenfügung der einzelnen Teile oder nach dem Schweißen erfolgen.
Von den in dieser Darstellung beschriebenen Merkmalen können einzelne, die Gesamtheit oder eine der von einer Kombination mehrerer einzelner Merkmale gebildete Teilmenge in einer erfindungsgemäßen Rotorwelle realisiert sein.
Die erfindungsgemäße Rotorwelle kann besonders vorteilhaft in einem Fahrzeug, insbesondere einem schienenlosen Landfahrzeug, beispielsweise einem Automobil, mit einem elektrischen Motor zum Einsatz gelangen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt, welche zeigt
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotorwelle.
Die 1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotorwelle 10. Die Rotorwelle 12 ist als ein Rotationshohlkörper 12 ausgeprägt. Dieser ist aus drei Teilen zusammengesetzt. Ein erstes Deckelteil 14 und ein zweites Deckelteil 16 verschließen die beiden offenen Enden eines als Zwischenrohr ausgeführten Zwischenteils 18. Die einzelnen Teile sind aneinander in einer Presspassung gefügt und miteinander verschweißt. Die Schweißverbindung ist bereits ohne zusätzliche mechanische Maßnahmen gegen Verdrehungen ausreichend drehstabil, um bei bis zu 15.000 Umdrehungen pro Minute Drehmomente bis zu 300 Newtonmeter (Nm) zu übertragen.
Beide Deckelteile 14, 16 weisen jeweils eine zentrale oder mittig angeordnete Bohrung längs der Rotationssymmetrieachse des Rotationshohlkörpers 12 auf. Dadurch ist ein die gesamte Rotorwelle durchmessender Hohlraum geschaffen. Das erste Deckelteil 14 umfasst am ersten radialen Ende der Rotorwelle 10 ein als Zapfen, genauer Hohlzapfen, ausgeprägtes erstes Verbindungselement 20, das mit einem hier nicht näher gezeigten elektrischen Aggregat, insbesondere einem elektrischen Motor, in mechanischen Wirkkontakt zur Übertragung eines Drehmoments auf die Rotorwelle 10 gebracht werden kann. In analoger Weise umfasst das zweite Deckelteil 16 an zweiten radialen Ende der Rotorwelle 10 ein als Zapfen, genauer Hohlzapfen, ausgeprägtes zweites Verbindungselement 22, zu dem ein durch die Rotorwelle 10 anzutreibendes, hier nicht zeichnerisch dargestelltes Element in mechanischen Wirkkontakt gebracht werden kann.
Auf der Innenseite der Deckelteile 14, 16 befindet sich jeweils ein flanschartiger Ringrand, der in das Zwischenteil 18 hineinragt. Die äußere Mantelfläche des Ringrands bildet einen Zentriersitz 26 für eine Fügefläche des Zwischenteils 18. Durch eine Erweiterung des Radius des Deckelteils 14, 16 vom Ringrand jeweils in Richtung des Verbindungselements 20, 22 des jeweiligen Deckelteils 14, 16, einem radialen Vorsprung des Deckelteils 14, 16, wird ein axialer Anschlag 28 für das als Zwischenrohr ausgeführte Zwischenteil 18 gebildet. Anders gesagt, das Zwischenteil 18 ist zwischen den axialen Anschlägen 28 der zwei Deckelteile 14, 16 axial fixiert, wobei diese mittels der Zentriersitze 26 radial zentriert sind. An diesen beschriebenen Fügeflächen ist das Zwischenteil 18 mit dem jeweiligen Deckelteil 14, 16 durch Schwellung fest verbunden.
In der in der 1 gezeigten Ausführungsform ist auf der äußeren Mantelfläche des Zwischenteils 18 ein Rotorblech 30 aufgenommen. Der Radius des ersten Deckelteils 14 erweitert sich vom beschriebenen radialen Vorsprung in Richtung des Verbindungselements 20 stufenförmig erneut, so dass ein weiterer Zentriersitz 32 mit einem weiteren axialen Anschlag 34 gebildet ist. Diese dienen zur radialen und axialen Festlegung des Rotorblechs 30 in analoger Weise der Fixierung des Zwischenteils 18.
Bezugszeichenliste

10: Rotorwelle
12: Rotationshohlkörper
14: erstes Deckelteil
16: zweites Deckelteil
18: Zwischenteil
20: erstes Verbindungselement
22: zweites Verbindungselement
26: Zentriersitz
28: axialer Anschlag
30: Rotorblech
32: weiterer Zentriersitz
34: weiterer axialer Anschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19840681 A1 [0003]

Claims

Rotorwelle (10) für ein elektrisches Aggregat, mit einem Rotationshohlkörper (12), der ein erstes Ende mit einem ersten Verbindungselement (20) und ein zweites Ende mit einem zweiten Verbindungselement (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10) aus mehreren Teilen ausgeführt ist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Teile pressgepasst und/oder miteinander verschweißt sind.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle wenigstens dreiteilig ist und ein erstes Deckelteil (14) mit dem ersten Verbindungselement (20), ein zweites Deckelteil (16) mit dem zweiten Verbindungselement (22) und ein Zwischenteil (18) aufweist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Deckelteile (14, 16) an einer Fügestelle zum Zwischenteil (18) einen Zentriersitz (26) aufweist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentriersitz (26) des wenigstens einen Deckelteils (14, 16) in das Zwischenteil (18) eingepasst ist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Deckelteile (14, 16) ein mechanisch bearbeitetes Schmiedeteil ist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (18) ein Zwischenrohr ist.
Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (18) mit einem Rotorblech (30) ummantelt ist.
Elektrisches Aggregat, das eine rotativ angetriebene Rotorwelle (10) aufweist oder mit einer Rotorwelle (10) zum rotativen Antreiben der Rotorwelle (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (10) eine Rotorwelle (10) gemäß Anspruch 1 ist.
Verfahren zum Herstellen einer Rotorwelle (10) für ein elektrisches Aggregat gemäß Anspruch 1, mit den Schritten: – Bereitstellen mehrerer Teile einer Rotorwelle (10), wobei die Teile geordnet zusammengesetzt die Rotorwelle (10) bilden, – Geordnetes Zusammenfügen der mehreren Teile zum Bilden einer Rotorwelle (10).