DE102010039008A1

DE102010039008A1 - Rotor und Herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE102010039008A1
Application number: DE102010039008A
Authority: DE
Inventors: Robert Filgertshofen
Original assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-09
Also published as: US8847462B2; JP2012039859A; JP5856404B2; US20120032552A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (2), der eine Rotorwelle (4) aufweist, durch die eine Rotorachse (A) festgelegt ist sowie ein Blechpaket (6), das entlang eines Längsabschnitts (L) der Rotorachse (A) um die Rotorwelle (4) herum angeordnet ist. Entlang des Längsabschnitts (L) weist die Rotorwelle (4) einen ersten Oberflächenbereich auf, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente (12) gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse (A) radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich erheben. Zur Herstellung des Rotors (2) lässt sich das Blechpaket (6) über die Rotorwelle (4) schieben und dabei derart gegen die Strukturelemente (12) drücken, dass es verformt und hierdurch eine Formschlussverbindung zwischen der Rotorwelle (4) und dem Blechpaket (6) erzeugt wird. Auf diese Weise lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach eine zuverlässige bzw. verdrehsichere Verbindung zwischen dem Blechpaket (6) und der Rotorwelle (4) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer Rotorwelle, durch die eine Rotorachse festgelegt ist sowie mit einem Blechpaket, das entlang eines Längsabschnitts der Rotorachse um die Rotorwelle herum angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen solchen Rotor.
Bei einem solchen Rotor ist in der Regel erwünscht bzw. gefordert, dass das Blechpaket so fest mit der Rotorwelle verbunden ist, dass es bei einem regulären Einsatz des Rotors, also beispielsweise als Element eines Elektromotors, zu keiner Relativdrehung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle kommen kann.
Zur Herstellung eines solchen Rotors ist es bekannt, das Blechpaket auf die Rotorwelle aufzuschrumpfen. Dies ist jedoch vergleichsweise zeit- und kostenaufwändig. Insbesondere erfordert dieses Verfahren eine umfangreiche spanende Bearbeitung der Rotorwelle vor dem Aufschrumpfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Rotor anzugeben, der sich einfacher herstellen lässt sowie ein Herstellungsverfahren für einen solchen Rotor.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Gegenständen gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein Rotor vorgesehen, der eine Rotorwelle aufweist, durch die eine Rotorachse festgelegt ist sowie ein Blechpaket, das entlang eines Längsabschnitts der Rotorachse um die Rotorwelle herum angeordnet ist. Entlang des Längsabschnitts weist die Rotorwelle einen ersten Oberflächenbereich auf, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich erheben.
Zur Herstellung des Rotors lässt sich das Blechpaket über die Rotorwelle schieben und dabei derart gegen die Strukturelemente drücken, dass das Blechpaket plastisch verformt und hierdurch eine Formschlussverbindung zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket erzeugt wird. Auf diese Weise lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach eine zuverlässige bzw. verdrehsichere Verbindung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle bilden. Es lässt sich mit anderen Worten ein umformtechnisch hergestellter Formschluss erzeugen.
Wenn die Strukturelemente parallel zur Rotorachse ausgebildet sind, lässt sich bei der Herstellung des Rotors das Blechpaket ohne Rotation um die Rotorwelle über die Rotorwelle schieben; hierdurch lassen sich Verformungen des Blechpakets erzeugen, die ebenfalls entsprechend parallel zur Rotorwelle ausgebildet sind, so dass ein besonders zuverlässiger Formschluss gebildet ist.
Vorteilhaft sind die Strukturelemente derart ausgebildet, dass sie sich längs der Rotorachse über mindestens die Hälfte, vorzugsweise mindestens zwei Drittel, besonders bevorzugt mindestens drei Viertel des Längsabschnitts erstrecken. Auf diese Weise lässt sich ein vergleichsweise großflächiger Formschlussbereich und somit ein besonders zuverlässiger Formschluss herstellen.
Besonders vorteilhaft sind zwischen drei und hundert, vorzugsweise zwischen fünf und fünfzig Strukturelemente vorhanden, die gleichmäßig über den Umfang der Rotorwelle angeordnet sind.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Strukturelemente mit Bezug auf den Kreiszylinder eine maximale Höhe aufweisen, die zwischen 0,05 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm beträgt.
Vorteilhaft weisen die Strukturelemente in einem Schnitt quer zur Rotorachse jeweils eine nach außen gewölbte Form auf. Dies begünstigt bei der Herstellung eine Materialverschiebung des Blechpakets, die zu einer besonders zuverlässigen Formschlussverbindung führt.
Weiterhin vorzugsweise ist die Ausgestaltung der Rotorwelle derart, dass – in einem Schnitt quer zur Rotationsachse betrachtet – diejenigen Winkelbereiche, die von dem ersten Oberflächenbereich überdeckt sind, größer sind, vorzugsweise wenigstens eineinhalb mal so groß sind wie diejenigen weiteren Winkelbereiche, die von dem zweiten Oberflächenbereich überdeckt sind. Auf diese Weise kann zwischen zwei benachbarten Strukturelementen reichlich Raum zur Aufnahme von verschobenem Material des Blechpakets gewährleistet werden, was wiederum der Stabilität der Formschlussverbindung förderlich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Elektromotor vorgesehen, der einen erfindungsgemäßen Rotor aufweist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors vorgesehen, der eine Rotorwelle aufweist, durch die eine Rotorachse festgelegt ist sowie ein Blechpaket, das entlang eines Längsabschnitts der Rotorachse um die Rotorwelle herum angeordnet ist. Die Rotorwelle weist dabei entlang des Längsabschnitts einen ersten Oberflächenbereich auf, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich erheben. Zur Verbindung des Blechpakets mit der Rotorwelle wird das Blechpaket derart gegen die Strukturelemente gedrückt, dass das Blechpaket hierdurch eine Verformung erfährt.
Vorteilhaft werden die Strukturelemente der Rotorwelle im Rahmen der Herstellung der Rotorwelle durch ein Umformen gebildet.
Weiterhin vorteilhaft wird im Rahmen der Herstellung des Blechpakets das Blechpaket mit einer Bohrung zur Aufnahme der Rotorwelle versehen, so dass das Blechpaket einen runden Innendurchmesser aufweist. Dabei weist die Bohrung einen Bohrungsradius auf, der um ein kleines Maß größer ist als der Radius des Kreiszylinders, wobei das kleine Maß kleiner oder gleich der maximalen Höhe der Strukturelemente mit Bezug auf den Kreiszylinder ist. Auf diese Weise steht zwischen den Strukturelementen besonders geeigneter Raum für die Verformung des Blechpakets zur Verfügung; dies trägt dazu bei, dass sich eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle ausbilden kann.
Bevorzugt beträgt dabei das kleine Maß zwischen 0,001 mm und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 1 mm.
Vorteilhaft handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotors.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnitt-Skizze eines erfindungsgemäßen Rotors,
2 die Rotorwelle des in 1 skizzierten Rotors,
3 eine Querschnitt-Skizze durch die Rotorwelle,
4 einen Ausschnitt aus 3 mit entsprechendem Anteil des Blechpakets,
5 einen Ausschnitt der Rotorwelle und des damit verbundenen Blechpakets,
6 eine isolierten Ausschnitt der Rotorwelle,
7 einen isolierten Ausschnitt des Blechpakets,
8 ein Beispiel eines stationären Asynchronmotors und
9 ein verschweißtes Blechpaket.
Ein erfindungsgemäßer Rotor eignet sich beispielsweise als Rotor eines Elektromotors, wie er beispielhaft in 8 in Form eines stationären Asynchronmotors gezeigt ist. In 9 ist beispielhaft ein verschweißtes Blechpaket gezeigt.
1 zeigt in sehr schematischer Form ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 2. Der Rotor 2 weist eine Rotorwelle 4 auf, die in 2 isoliert gezeigt ist. Durch die Rotorwelle 4 ist eine Rotorachse A festgelegt. Weiterhin weist der Rotor 2 ein Blechpaket 6 auf, das entlang eines Längsabschnitts L der Rotorachse A um die Rotorwelle 4 herum angeordnet ist.
In 3 ist ein Querschnitt der Rotorwelle 4 im Bereich des Längsabschnitts L skizziert. Die Rotorwelle 4 weist innerhalb des Längsabschnitts L einen ersten Oberflächenbereich 10 auf, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt, sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente 12 gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse A radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich 10 erheben. In 3 ist der Radius des Kreiszylinders mit r bezeichnet und die maximale Höhe der Strukturelemente 12 mit Bezug auf das Niveau des Kreiszylinders mit h.
4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3, wobei auch der entsprechende Teil des Blechpakets 6 skizziert ist.
Zur Verbindung des Blechpakets 6 mit der Rotorwelle 4 wird das Blechpaket 6 derart gegen die Strukturelemente 12 gedrückt bzw. gepresst, dass das Blechpaket 6 hierdurch eine Verformung erfährt. Insbesondere kann zur Herstellung des Rotors 2 das Blechpaket 6 zunächst mit einer Bohrung 14 zur Aufnahme der Rotorwelle 4 versehen werden und in einem nachfolgenden Schritt das Blechpaket 6 durch eine Bewegung längs der Rotorachse A über die Rotorwelle 4 gedrückt werden, bis die gewünschte Relativanordnung zwischen Blechpaket 6 und Rotorwelle 4 erzielt ist. Die Strukturelemente 12 können dabei bewirken, dass sich oberflächennahe Bereiche der Innenwandung der Bohrung 14 durch Wechselwirkung mit den Strukturelementen 12 verformen, so dass im Ergebnis eine Formschlussverbindung erzeugt wird bzw. ist. In
4 sind entsprechende, durch Materialverschiebungen bzw. Verformungen des Blechpakets 6 hervorgerufene Anhäufungen 16 bzw. Wälle schematisch dargestellt.
Herstellungstechnisch vorteilhaft werden dabei die Strukturelemente 12 der Rotorwelle 4 im Rahmen der Herstellung der Rotorwelle 4 durch ein Umformen gebildet.
In 5 ist perspektivisch einen Ausschnitt der Rotorwelle 4 und des damit verbundenen Blechpakets 6 gezeigt, in 6 ein isolierter Ausschnitt der Rotorwelle 4 und in 7 ein isolierter Ausschnitt des Blechpakets 6. In 7 sind dabei andeutungsweise die Anhäufungen 16 zu erkennen.
Wie beispielhaft in den 1 und 2 skizziert, kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente 12 parallel zur Rotorachse A ausgebildet sind. Hierdurch wird ein geradliniges Aufschieben des Blechpakets 6 auf die Rotorwelle 4 – ohne Rotation – ermöglicht. Dabei lassen sich entsprechend ebenfalls linear ausgebildete Anhäufungen 16 bilden, so dass insgesamt ein besonders wirkungsvoller Formschluss entstehen kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente 12 derart ausgebildet sind, dass sie sich längs der Rotorachse A über mindestens die Hälfte, vorzugsweise mindestens zwei Drittel, besonders bevorzugt mindestens drei Viertel des Längsabschnitts L erstrecken, beispielsweise also über wenigstens 80% oder 90% des Längsabschnitts L erstrecken. Je länger die Strukturelemente 12 sind, desto längere Anhäufungen 16 lassen sich erzielen; mit zunehmender Länge der Anhäufungen 16 wiederum lässt sich grundsätzlich eine zunehmend stabilere Formschlussverbindung bewirken.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente 12 über ihre gesamte Erstreckung längs der Rotorachse A hinweg denselben Querschnitt aufweisen. Dies ist herstellungstechnisch vorteilhaft. Beispielsweise kann also vorgesehen sein, dass die Rotorachse 4 über mindestens 80% oder 90% des Längsabschnitts L hinweg einen gleichförmigen Querschnitt aufweist.
Beispielsweise können insgesamt zwischen drei und hundert, vorzugsweise zwischen fünf und fünfzig Strukturelemente 12 vorhanden sein, die gleichmäßig über den Umfang der Rotorwelle 4 angeordnet sind. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strukturelemente 12 mit Bezug auf den Kreiszylinder eine maximale Höhe h aufweisen, die zwischen 0,05 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm beträgt.
Vorteilhaft mit Bezug auf die Materialverschiebung des Blechpakets 6 weisen die Strukturelemente 12 in einem Schnitt quer zur Rotorachse A betrachtet jeweils eine nach außen gewölbte Form auf; insbesondere kann vorgesehen sein, dass jedes der Strukturelemente 12 keine Kante aufweist und vorzugsweise ausschließlich eine nach außen gewölbte Rundung. Die Strukturelemente 12 können also in Form von „Höckern” gegeben sein. Hierdurch wird – im Querschnitt betrachtet – die Materialverdrängung des Blechpakets 6 auf die zwei Seiten eines entsprechenden Strukturelements 12 unterstützt; diese Materialverdrängung ist in 4 durch die zwei kleinen fett gezeichneten Pfeile angedeutet.
Auch können die Strukturelemente 12 im Längsschnitt betrachtet ohne Kante geformt sein. Hierdurch kann insbesondere eine „Anlaufschräge” zum Einführen der Rotorwelle 4 in die Bohrung 14 gebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente 12 bzw. Höcker im Längsschnitt betrachtet eine Höhe aufweisen, die von einem Endbereich aus beginnend zunimmt. Weiterhin ist möglich, dass der Rotor derart gestaltet ist, dass die Anzahl der Strukturelemente 12 bzw. Höcker über einen Längsbereich der Längsachse betrachtet zunimmt. Hierdurch lässt sich ein erleichtertes Aufpressen des Blechpakets 6 erzielen.
Zur Herstellung kann vorgesehen sein, dass das Blechpaket 6 mit der Bohrung 14 zur Aufnahme der Rotorwelle 4 versehen wird, wobei die Bohrung einen Bohrungsradius aufweist, der etwas größer ist als der Radius r des Kreiszylinders. Auf diese Weise lässt sich geeignet dimensionierter Raum für die Ausbildung der Anhäufungen 16 sicherstellen. Vorteilhaft ist dabei der Bohrungsradius um ein kleines Maß d größer als der Radius r des Kreiszylinders, wobei das kleine Maß d gleich bzw. vorzugsweise kleiner ist als die maximale Höhe h der Strukturelemente 12 mit Bezug auf den Kreiszylinder. Beispielsweise kann dabei die Beziehung vorgesehen sein: h/3 < d < 2h/3. Absolut gesehen kann d beispielsweise zwischen 0,001 mm und 2 mm betragen, vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 1 mm.
Weiterhin kann die Ausgestaltung der Rotorwelle 4 derart sein, dass – in einem Schnitt quer zur Rotationsachse A betrachtet – diejenigen Winkelbereiche, die von dem ersten Oberflächenbereich 10 überdeckt sind, größer sind, vorzugsweise wenigstens eineinhalb mal so groß sind, wie diejenigen weiteren Winkelbereiche, die von dem zweiten Oberflächenbereich überdeckt sind. Dies sei anhand von 3 beispielhaft verdeutlicht. Dort ist mit w₁₀ derjenige Winkelbereich bezeichnet, der von einem Teil des ersten Oberflächenbereichs 10 überdeckt wird und mit w₁₂ derjenige Winkelbereich, der von einem daran anschließenden Strukturelement 12 überdeckt wird. Aufgrund der über den Umfang hinweg symmetrischen Gestaltung ergibt sich, dass in dem gezeigten Beispiel das Verhältnis derjenigen Winkelbereiche, die von dem ersten Oberflächenbereich 10 überdeckt sind zu denjenigen Winkelbereichen, die von dem zweiten Oberflächenbereich 12 überdeckt sind gleich w₁₀/w₁₂ ist, also gemäß der Zeichnung größer als 1 ist. Wie wiederum aus 4 anschaulich hervorgeht, kann durch diese Gestaltung gewährleistet werden, dass für die Bildung der Anhäufungen 16 sicher ausreichend Raum geschaffen ist, wodurch wiederum die Stabilität der Formschlussverbindung unterstützt wird.
Schließlich ist gemäß der Erfindung ein Elektromotor mit einem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Rotor lässt sich besonders einfach herstellen, also mit besonders niedrigen Herstellungs- und Fertigungskosten und bietet dabei dennoch eine zuverlässige verdrehsichere Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket. Die Verbindung wird durch einen umformtechnisch erzeugten Formschluss sichergestellt.

Claims

Rotor, aufweisend – eine Rotorwelle (4), durch die eine Rotorachse (A) festgelegt ist und – ein Blechpaket (6), das entlang eines Längsabschnitts (L) der Rotorachse (A) um die Rotorwelle (4) herum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) entlang des Längsabschnitts (L) einen ersten Oberflächenbereich (10) aufweist, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt, sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente (12) gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse (A) radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich (10) erheben.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem die Strukturelemente (12) parallel zur Rotorachse (A) ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Strukturelemente (12) derart ausgebildet sind, dass sie sich längs der Rotorachse (A) über mindestens die Hälfte, vorzugsweise mindestens zwei Drittel, besonders bevorzugt mindestens drei Viertel des Längsabschnitts (L) erstrecken.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen drei und hundert, vorzugsweise zwischen fünf und fünfzig Strukturelemente (12) vorhanden sind, die gleichmäßig über den Umfang der Rotorwelle (4) angeordnet sind.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturelemente (12) mit Bezug auf den Kreiszylinder eine maximale Höhe (h) aufweisen, die zwischen 0,05 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 mm beträgt.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturelemente (12) in einem Schnitt quer zur Rotorachse (A) jeweils eine nach außen gewölbte Form aufweisen.
Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Schnitt quer zur Rotationsachse (A) betrachtet diejenigen Winkelbereiche, die von dem ersten Oberflächenbereich (10) überdeckt sind, größer sind, vorzugsweise wenigstens eineinhalb mal so groß sind wie diejenigen weiteren Winkelbereiche, die von dem zweiten Oberflächenbereich überdeckt sind.
Elektromotor, aufweisend einen Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors, der eine Rotorwelle (4) aufweist, durch die eine Rotorachse (A) festgelegt ist sowie ein Blechpaket (6), das entlang eines Längsabschnitts (L) der Rotorachse (A) um die Rotorwelle (4) herum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) entlang des Längsabschnitts (L) einen ersten Oberflächenbereich (10) aufweist, dessen Form einen Kreiszylinder beschreibt, sowie einen zweiten Oberflächenbereich, der durch Strukturelemente (12) gebildet ist, die sich mit Bezug auf die Rotorachse (A) radial nach außen über den ersten Oberflächenbereich (10) erheben, wobei zur Verbindung des Blechpakets (6) mit der Rotorwelle (4) das Blechpaket (6) derart gegen die Strukturelemente (12) gedrückt wird, dass das Blechpaket (6) hierdurch eine Verformung erfährt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Strukturelemente (12) der Rotorwelle (4) im Rahmen der Herstellung der Rotorwelle (4) durch ein Umformen gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem im Rahmen der Herstellung des Blechpakets (6) das Blechpaket (6) mit einer Bohrung (14) zur Aufnahme der Rotorwelle (4) versehen wird, wobei die Bohrung (14) einen Bohrungsradius aufweist, der um ein kleines Maß (d) größer ist als der Radius (r) des Kreiszylinders, wobei das kleine Maß (d) kleiner oder gleich der maximalen Höhe (h) der Strukturelemente (12) mit Bezug auf den Kreiszylinder ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei das kleine Maß (d) wischen 0,001 mm und 2 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 1 mm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei es sich bei dem Rotor um einen Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7 handelt.