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Die Erfindung betrifft einen Rotorträger für eine elektrische Maschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Stützelement für einen Rotorträger gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5, und ein Verfahren zur Herstellung eines Stützelements gemäß Anspruch 9.
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Rotorträger für elektrische Maschinen sind bekannt. Eine elektrische Maschine weist einen Stator und einen in diesem drehbar gelagerten Rotor auf, wobei eine elektromagnetische Kopplung zwischen Rotor und Stator herstellbar ist, die bewirkt, dass entweder der elektrischen Maschine zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, oder dass der elektrischen Maschine zugeführte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die elektrische Maschine arbeitet also entweder als Motor oder als Generator. Dabei ist es möglich, dass die gleiche elektrische Maschine je nach Betriebsart sowohl als Motor als auch als Generator eingesetzt wird. Dies ist beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbereich, insbesondere bei Hybridfahrzeugen oder rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen, bekannt, wo es möglich ist, dass dieselbe elektrische Maschine als Motor elektrische Leistung in Antriebsleistung umsetzt, wobei sie in einem anderen Betriebszustand Bremsenergie im Wege der sogenannten Rekuperation zurückgewinnen und in elektrische Energie umwandeln kann. Der Rotor einer elektrischen Maschine umfasst typischerweise einen Rotorträger mit einem Trägertopf, welcher der Halterung von mindestens einem magnetischen Element dient. Dabei ist das magnetische Element bevorzugt als Blechpaket ausgebildet, welches je nach Betriebsweise beziehungsweise Bauart der elektrischen Maschine mit mindestens einer elektrischen Wicklung oder mit mindestens einem Permanentmagnet versehen ist. Vorzugsweise sind – in Umfangsrichtung gesehen – in konstantem Winkelabstand voneinander mehrere Wicklungen oder Permanentmagnete vorgesehen. Das mindestens eine magnetische Element kann an einer äußeren Umfangswandung des Trägertopfes oder auch an einer Innenwandung desselben vorgesehen sein. Der Trägertopf weist eine Nabe zur Lagerung einer Antriebswelle auf.
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Aus der
DE 20 2006 019 091 U1 geht ein Rotorträger für einen elektrischen Motor hervor, bei welchem eine Rotorachswelle in einen Lageransatz, nämlich eine Nabe, eingepresst ist. Alternativ ist es möglich, dass die Antriebswelle in der Nabe drehbar gelagert ist, wobei sie mithilfe einer Kupplung in drehfeste Verbindung mit dem Rotorträger gebracht werden kann. Jedenfalls zeigt sich, dass die Antriebswelle bei bekannten Rotorträgern einseitig im Bereich der Nabe unterstützt ist. Dies hat zur Folge, dass eine leichte Unwucht im Bereich des Systems aus Antriebswelle und Rotorträger und insbesondere eine leichte Schiefstellung der Antriebswelle relativ zu dem Rotorträger dazu führt, dass zwischen dem Rotor und dem Stator – in Umfangsrichtung und auch in axialer Richtung gesehen – kein konstantes Spaltmaß gegeben ist. Dies führt insbesondere auch in Verbindung mit einer mit steigender Rotationsgeschwindigkeit stärker hervortretenden Unwucht zu erheblichen Leistungseinbußen der elektrischen Maschine, die 30% der Nennleistung und mehr betragen können. Weiterhin ist eine sehr präzise Fertigung aufgrund der einseitigen Lagerung der Antriebswelle im Bereich der Nabe nicht möglich, sodass sich erhebliche Leistungsschwankungen einzelner elektrischer Maschinen in einer Fertigungsserie ergeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotorträger, ein Stützelement für einen Rotorträger, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Stützelements zu schaffen, wobei die genannten Nachteile und insbesondere eine die Leistung der elektrischen Maschine verringernde Unwucht deutlich reduziert, vorzugsweise vermieden werden.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Rotorträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Der Rotorträger zeichnet sich durch ein Stützelement aus, das an dem Trägertopf axial von der Nabe beabstandet angeordnet ist, wobei es einen mit der Nabe fluchtenden Durchlass zur Lagerung der Antriebswelle aufweist. Die Antriebswelle ist also nicht ausschließlich im Bereich der Nabe gelagert, sondern an einer weiteren, von der Nabe axial beabstandeten Position, nämlich in dem mit der Nabe fluchtenden Durchlass des Stützelements. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Unterstützung der Antriebswelle, sodass eine Unwucht deutlich reduziert, vorzugsweise ganz vermieden wird. Damit werden Leistungseinbußen der elektrischen Maschine deutlich reduziert, und auch eine Serienschwankung der Leistung einzelner elektrischer Maschinen in der Serie wird deutlich verringert.
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Das Stützelement ist vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildet. Alternativ zu einer Ausbildung als Stützscheibe ist es möglich, dass das Stützelement sternförmig ausgebildet ist. Der Rotorträger ist vorzugsweise als Rotorträger einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Dabei ist die elektrische Maschine vorzugsweise zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug oder in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen.
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Es wird ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass ein Lager in dem Durchlass gehalten ist. Vorzugsweise ist das Lager in den Durchlass eingepresst. Besonders bevorzugt ist das Lager als Wälzlager ausgebildet. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle relativ zu dem Rotorträger drehbar in dem Durchlass gelagert. Dabei ist sie vorzugsweise auch in der Nabe des Trägertopfs drehbar, bevorzugt in einem Wälz- oder Nadellager, gelagert. Die Antriebswelle ist demnach insgesamt drehbar relativ zu dem Rotorträger gelagert. Um bedarfsgerecht ein, Drehmoment von dem Rotorträger auf die Antriebswelle übertragen zu können, ist bevorzugt eine Kupplung, vorzugsweise eine Lamellenkupplung, in dem Trägertopf vorgesehen. Diese kann geschlossen werden, um eine drehfeste Kopplung zwischen der Antriebswelle und dem Rotorträger zu bewirken. Über schleifend schließende Kupplungszustände kann die Drehmomentübertragung zwischen dem Rotorträger und der Antriebswelle variiert werden.
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Es ist möglich, dass die Antriebswelle einstückig ausgebildet ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Welle mehrteilig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt umfasst sie ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Wellenelement, wobei die Wellenelemente nicht miteinander verbunden beziehungsweise nur über die Kupplung miteinander in Wirkverbindung bringbar sind. In diesem Fall ist bei einer bekannten elektrischen Maschine typischerweise nur das antriebsseitige Wellenelement in der Nabe des Trägertopfes gelagert, während das abtriebsseitige Wellenelement beispielsweise der elektrischen Maschine oder einem der elektrischen Maschine zugeordneten Getriebe gelagert ist. Eine genau koaxiale Ausrichtung der beiden Wellenelemente relativ zueinander und relativ zu dem Trägertopf ist dann nicht oder nur schwer sicherzustellen. Demgegenüber ist bei dem hier angesprochenen Rotorträger die Antriebswelle zusätzlich zu der Lagerung in der Nabe auch in dem mit dieser fluchtenden Durchlass des Stützelements gelagert. Vorzugsweise ist dabei das antriebsseitige Wellenelement in der Nabe gelagert, während das abtriebsseitige Wellenelement in dem Durchlass des Stützelements gelagert ist. So ist es möglich, eine genaue koaxiale Ausrichtung der beiden Wellenelemente relativ zueinander und relativ zu dem Rotorträger zu gewährleisten und damit insgesamt eine koaxiale Anordnung der Antriebswelle relativ zu dem Rotorträger sicherzustellen. Auch in diesem Fall ist also die Antriebswelle nicht ausschließlich im Bereich der Nabe, sondern zusätzlich an einer weiteren, von der Nabe axial beabstandeten Position, nämlich in dem mit der Nabe fluchtenden Durchlass des Stützelements gelagert. Es ist zu dem möglich, dass die Antriebswelle ein Wälz- oder Nadellager aufweist, in dem die Abtriebswelle beispielsweise mittels eines Zapfens drehbar gelagert ist. So wird die koaxiale Ausrichtung zusätzlich gesichert. Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Ausführung möglich, in der die Antriebswelle in einem Wälz- oder Nadellager der Abtriebswelle drehbar gelagert ist.
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Bevorzugt ist es möglich, dass auch die Kupplung sowohl im Bereich der Nabe des Trägertopfes als auch in dem Durchlass des Stützelements gelagert ist. Dabei ist die Kupplung vorzugsweise drehfest, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung, mit der Nabe des Trägertopfes verbunden. Es ist möglich, dass sie zugleich an einem Boden des Trägertopfes festgelegt wird. In diesem Bereich ist demnach ein Festlager vorgesehen. An einem – in axialer Richtung gesehen – gegenüberliegenden Ende ist die Kupplung bei einem Ausführungsbeispiel frei, also nicht gelagert. Während dies für kleinere elektrische Maschinen nicht problematisch ist, können bei größeren elektrischen Maschinen, insbesondere bei solchen, die höhere Drehmomente erzeugen, im Bereich der Kupplung Schwingungen und/oder Unwuchten auftreten. Daher wird bevorzugt auch die Kupplung in dem Durchlass des Stützelements gelagert, wobei hier vorzugsweise eine relativ zu dem Stützelement drehbare Lagerung, bevorzugt in einem Wälz- oder Nadellager vorgesehen ist.
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Schließlich ist vorzugsweise im Bereich der Nabe des Trägertopfes auch ein Lager zur Lagerung des Trägertopfes selbst in einem Gehäuse der elektrischen Maschine, einem Getriebegehäuse oder in anderer geeigneter Weise vorgesehen. Auch dieses Lager kann als Wälz- oder Nadellager oder Festlager ausgebildet sein.
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Die genannten Lager sind vorzugsweise als Radiallager ausgebildet. Bevorzugt ist mindestens eines der genannten Lager zugleich auch als Axiallager ausgebildet. Besonders bevorzugt sind alle hier angesprochenen Lager sowohl als Axial- als auch als Radiallager ausgebildet.
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Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass das Stützelement an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes angeordnet ist. Dabei ist vorzugsweise die Nabe selbst an einem ersten Ende des Trägertopfes angeordnet, sodass das Stützelement und die Nabe an sich – in axialer Richtung gesehen – gegenüberliegenden Enden des Trägertopfes angeordnet sind. Eine Unwucht kann so besonders effektiv vermieden werden, weil ein möglichst großer Abstand zwischen den Unterstützungsorten der Antriebswelle und bevorzugt auch der Kupplung an dem Rotorträger vorgesehen ist.
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Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Trägertopf an einer inneren Umfangsfläche einen vorzugsweise als Rücksprung ausgebildeten Anschlag für das Stützelement aufweist. Der als Rücksprung ausgebildete Anschlag ist vorzugsweise als stufiger Absatz ausgebildet, an dem das Stützelement aufsitzt.
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Der Trägertopf umfasst einen – in axialer Richtung gesehen – im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser, der sich im Bereich des Rücksprungs – auf einer der Nabe abgewandten Seite desselben – vergrößert, sodass hier eine Stufe ausgebildet ist. Die Stufe ist vorzugsweise – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufend ausgebildet, und das Stützelement liegt in montiertem Zustand an der Stufe an. Damit ist das Stützelement insgesamt kippstabil an den Anschlag anlegbar.
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Es ist auch möglich, dass der Anschlag mehr als einen, vorzugsweise drei Rück- und/oder Vorsprünge umfasst, die besonders bevorzugt – in Umfangsrichtung gesehen – in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet sind. Dabei sind sie bevorzugt – in axialer Richtung gesehen – auf gleicher Höhe miteinander angeordnet. Auch so ist eine kippstabile Anlage des Stützelements an dem Anschlag möglich.
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Bevorzugt ist – in axialer Richtung gesehen – auf Höhe des Stützelements eine Durchgangsbohrung in einer Umfangswand des Trägertopfes vorgesehen, durch welche ein Sicherungsmittel führbar ist, welches in eine Aufnahmeausnehmung des Stützelements eingreift, die in einer Umfangsfläche desselben vorgesehen ist. Damit ist es möglich, das Stützelement in einer vorherbestimmten Drehposition – in Umfangsrichtung gesehen – relativ zu dem Trägertopf festzulegen. Grundsätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Stützelement mit dem Trägertopf im Bereich seines Umfangs verstiftet oder verschraubt ist, insbesondere mittels eines einzigen Stiftes oder einer einzigen Schraube als Sicherungsmittel. Dabei gewährleistet eine lösbare Verbindung eine einfache Austauschbarkeit und/oder Demontage des Stützelements.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Stützelement insbesondere nach dem Verstiften oder Verschrauben mit dem Trägertopf stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet, verschweißt und/oder verklebt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass das Stützelement anstelle einer Verschraubung oder einer Verstiftung in den Trägertopf eingepresst ist.
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Um das in Umfangsrichtung fixierte Stützelement auch in axialer Richtung festzulegen, ist vorzugsweise – in axialer Richtung gesehen – von dem Anschlag beabstandet eine Ringnut in der inneren Umfangsfläche des Trägertopfes vorgesehen, in welcher ein Befestigungsmittel zur axialen Festlegung des Stützelements anordenbar ist. Das Befestigungsmittel ist vorzugsweise als Sprengring ausgebildet. Dabei ist ein axialer Abstand der Ringnut von dem Anschlag vorzugsweise so gewählt, dass er ungefähr einer Dicke des Stützelements entspricht, welches dann bevorzugt unter Vorspannung beziehungsweise Klemmung zwischen dem Anschlag und dem in der Ringnut angeordneten Befestigungsmittel axial festgelegt ist.
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Generell spricht eine axiale Richtung hier eine Richtung an, die parallel zu einer Symmetrieachse des vorzugsweise zylindersymmetrischen Rotors der elektrischen Maschine angeordnet ist. Eine Umfangsrichtung ist eine Richtung, welche die Symmetrieachse konzentrisch umgibt. Eine radiale Richtung ist eine Richtung, welche auf der axialen Richtung senkrecht steht.
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Vorzugsweise ist zur weiteren Aussteifung des Systems eine weitere Lagerstelle für die ein- oder mehrteilig ausgebildete Antriebswelle vorgesehen. Hierzu ist vorzugsweise mit dem Trägertopf und/oder mit der Stützscheibe form-, kraft-, und/oder stoffschlüssig ein zusätzliches Abstützelement verbunden, das vorzugsweise als Abschlussdeckel ausgebildet ist, und in welchem die Antriebswelle gelagert ist. Das zusätzliche Abstützelement ist bevorzugt – in axialer Richtung gesehen – relativ zu der Nabe des Trägertopfs gesehen auf der Seite des Stützelements angeordnet, jedoch in einem größeren axialen Abstand von der Nabe als dieses Vorzugsweise weist es ein Lager, insbesondere ein Wälz- oder Nadellager, zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle auf.
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Es ist möglich, dass das zusätzliche Abstützelement beziehungsweise der Abschlussdeckel unmittelbar an dem Stützelement anliegt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel wird also zunächst das Stützelement an den Anschlag angelegt, wobei dann das zusätzliche Abstützelement an das Stützelement angelegt wird. Schließlich ist es möglich, beide Elemente durch ein in der Ringnut angeordnetes Befestigungsmittel, vorzugsweise einen Sprengring, zu fixieren. Der Abstand der Ringnut von dem Anschlag ist dann vorzugsweise so gewählt, dass er ungefähr der Summe der Dicken des Stützelements sowie des zusätzlichen Abstützelements entspricht, sodass letztlich beide Elemente unter Vorspannung beziehungsweise Klemmung zwischen dem Anschlag und dem in der Ringnut angeordneten Befestigungsmittel axial festgelegt sind.
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Mithilfe des zusätzlichen Abstützelements ist es möglich, für eine einteilige Antriebswelle eine Dreipunktlagerung zu verwirklichen, sodass diese sehr stabil gelagert ist. Ist die Welle mehrteilig ausgebildet, und umfasst sie vorzugsweise ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Wellenelement, ist bevorzugt das abtriebsseitige Wellenelement sowohl in dem Stützelement als auch in dem zusätzlichen Abstützelement gelagert, sodass für dieses Wellenelement eine Zweipunktlagerung realisiert wird. Auch hierdurch wird insgesamt eine sehr stabile Lagerung der Antriebswelle erreicht, wobei eine Koaxialität zu dem Rotorträger gewährleistet werden kann.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Stützelement für einen Rotorträger mit den Merkmalen des Anspruchs 5 geschaffen wird. Dieses zeichnet sich durch einen zentralen Durchlass aus, welcher zur Lagerung der Antriebswelle vorgesehen ist. Das Stützelement ist vorzugsweise als Stützscheibe oder alternativ sternförmig ausgebildet. Der zentrale Durchlass ermöglicht eine zweite Unterstützungsposition für die Antriebswelle über die Nabe des Trägertopfes hinaus, sodass Unwuchten, die ansonsten zu einer erheblichen Leistungseinbuße der elektrischen Maschine führen, in welcher das Stützelement vorgesehen ist, effektiv vermieden werden. Es ergeben sich insoweit die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Rotorträger diskutiert wurden.
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Vorzugsweise weist das Stützelement auch ein Lager für die Kupplung auf, sodass auch diese stabil unter Vermeidung von Schwingungen und/oder Unwuchten und insbesondere koaxial zu dem Trägertopf beziehungsweise dem Rotorträger lagerbar ist.
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Bevorzugt ist in dem Durchlass mindestens ein Lager, insbesondere ein Wälz- oder Nadellager angeordnet, vorzugsweise eingepresst, in welchem die Antriebswelle relativ zu dem Stützelement drehbar gelagert ist. Besonders bevorzugt ist in dem Durchlass ein weiteres Lager, insbesondere ein Wälz- oder Nadellager angeordnet, vorzugsweise eingepresst, in welchem je nach Betriebszustand der Kupplung die Kupplung relativ zu dem Stützelement drehbar gelagert ist.
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Es wird ein Stützelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass in einer Umfangsfläche desselben eine Aufnahmeausnehmung vorgesehen ist, welche der drehfesten Festlegung des Stützelements an dem Trägertopf dient. Ein durch eine in einer Umfangswandung des Trägertopfs vorgesehene Durchgangsbohrung greifendes Sicherungsmittel kann in die Aufnahmeausnehmung eingreifen, um die drehfeste Festlegung des Stützelements an dem Trägertopf zu bewirken. Dabei ist es möglich, dass die Aufnahmeausnehmung als zylindrische Bohrung beziehungsweise Aufnahmeloch ausgebildet ist. In diesem Fall bewirkt das Sicherungsmittel zugleich eine axiale Sicherung des Stützelements. Vorzugsweise ist zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen jedoch vorgesehen, dass die Aufnahmeausnehmung als – in axialer Richtung verlaufende – Nut vorgesehen ist, sodass das Sicherungsmittel lediglich eine drehfeste Fixierung des Stützelements an dem Trägertopf bewirkt. Eine zusätzliche axiale Fixierung kann dann – wie bereits beschrieben – mithilfe eines Befestigungsmittels, vorzugsweise eines Sprengrings, bewirkt werden.
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Es wird auch ein Stützelement bevorzugt, welches sich durch mindestens ein Halteelement für einen Drehpositionsgeber auszeichnet. Dabei ist das Halteelement vorzugsweise als Ringbund ausgebildet, welcher den zentralen Durchlass besonders bevorzugt konzentrisch – in radialer Richtung gesehen – mit einem vorherbestimmten Abstand umgibt. Alternativ ist es möglich, dass das Halteelement einen Kreisabschnitt eines Ringbundes umfasst, und/oder dass – vorzugsweise in gleichem Winkelabstand voneinander – mindestens zwei, vorzugsweise drei Ringbundsegmente als Halteelemente vorgesehen sind. Der Drehpositionsgeber ist vorzugsweise als induktiv wirkender Drehpositionsgeber ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Halteelement so ausgebildet, dass der Drehpositionsgeber auf dieses aufsteckbar ist. Vorzugsweise weist das Halteelement ein Festlegungsmittel auf, welches zur drehfesten Positionierung des Drehpositionsgebers dient. Es ist möglich, dass das Festlegungsmittel als – sich vorzugsweise in axialer Richtung erstreckender – Schlitz ausgebildet ist, in welchen ein Sperrelement des Drehpositionsgebers einsteckbar ist. Auf diese Weise ist – in Umfangsrichtung gesehen – eine vorherbestimmte Relativposition zwischen dem Stützelement und dem Drehpositionsgeber festlegbar.
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Es wird auch ein Stützelement bevorzugt, welches sich durch mindestens ein Ölleitelement sowie mindestens eine Öldurchtrittsbohrung auszeichnet, wobei des mindestens eine Ölleitelement und die mindestens eine Öldurchtrittsbohrung dazu dienen, aus dem Lager austretendes Öl abzuleiten, sodass es insbesondere letztlich einem den Rotorträger und vorzugsweise auch einen Statorträger umfassenden Ölkreislauf und/oder einem Ölsammelbehälter zugeführt werden kann. Das mindestens eine Ölleitelement ist dabei vorzugsweise konzentrisch zu dem Durchlass angeordnet. Insbesondere ist das Ölleitelement vorzugsweise als Ölleitring ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist auf einer dem Trägertopf abgewandten Seite des Stützelements ein in radialem Abstand zu dem Durchlass konzentrisch umlaufender Ölleitring angeordnet, dessen innere Flanke zu dem Durchlass hin abgewinkelt ist. In einem von dem Ölleitring einerseits und dem Durchlass andererseits begrenzten ringförmigen Abschnitt des Stützelements ist mindestens eine Ölabflussbohrung ausgebildet, durch welche Öl, das aus dem Lager austritt und von dem Ölleitring zurückgehalten wird, in einen Innenraum des Trägertopfes gelangt.
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Auf einer dem Innenraum des Trägertopfes zugewandten Seite des Stützelements ist bevorzugt ein weiterer Ölleitring konzentrisch und mit radialem Abstand zum Durchlass angeordnet, der einer definierten Weiterleitung des Öls dient. Hierzu ist der Ölleitring so ausgebildet, dass er sich zu dem Innenraum des Trägertopfes hin leicht konisch öffnet, sodass das Öl über die Zentrifugalkraft des sich im Betrieb drehenden Rotorträgers gerichtet an eine innere Umfangswandung des Trägertopfes geleitet wird. Von dort gelangt das Öl vorzugsweise zu mindestens einer Ölablaufbohrung, die am Außenumfang des Stützelements ausgebildet ist und mit einer entsprechenden Öffnung im Trägertopf fluchtet, sodass das Öl aus dem Trägertopf austreten und in einen Ölkreislauf und/oder einen Ölsammelbehälter zurückgeführt werden kann.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das als Stützscheibe ausgebildete Stützelement – in radialer Richtung gesehen – zwischen dem Halteelement für den Drehpositionsgeber und seinem äußeren Umfang mindestens zwei, vorzugsweise mehrere axiale Durchbrüche auf. Diese sind bevorzugt kreisrund und/oder als Langloch ausgebildet. Es ist also möglich, dass alle Durchbrüche kreisrund oder als Langloch ausgebildet sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass mindestens ein Durchbruch kreisrund ausgebildet ist, während mindestens ein anderer Durchbruch als Langloch ausgebildet ist. Die Durchbrüche bewirken eine Gewichtsverringerung des Stützelements. Zugleich dienen sie als Demontageöffnungen, in welche Spezialwerkzeuge eingreifen können. Weiterhin ist es möglich, dass die Durchbrüche als zusätzliche Ölablauf- beziehungsweise Öldurchtrittsbohrungen wirken.
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Besonders bevorzugt sind sämtliche in dem Stützelement vorgesehenen Löcher, Durchbrüche und Bohrungen – in Umfangsrichtung gesehen – gleich beziehungsweise mit gleichem Winkelabstand zueinander verteilt, um eine homogene Gewichtsverteilung zu erreichen und Unwuchten zu vermeiden.
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Es ist möglich, dass das mindestens eine Ölleitelement und/oder das mindestens eine Halteelement separat von dem Stützelement ausgebildet und an dem Stützelement angebracht ist/sind. Bevorzugt sind diese Elemente jedoch einstückig mit dem Stützelement ausgebildet und bei der Herstellung des Stützelements aus dessen Material herausgeformt.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Stützelements, vorzugsweise zur Herstellung einer Stützscheibe, mit den Schritten des Anspruchs 9 geschaffen wird. Diese umfassen das Bereitstellen einer Blechronde oder eines Schmiederohlings, wobei die Blechronde oder der Schmiederohling mittels Drückwalzen (Fließdrückverfahren) in eine Vorkontur des Stützelements umgeformt wird. Anschließend wird die Vorkontur zu einer Endkontur des Stützelements mittels spanender Bearbeitung fertigbearbeitet. Dabei umfasst die spanende Bearbeitung vorzugsweise ein Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Entgraten der Vorkontur.
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Besonders bevorzugt wird ein Schmiederohling bereitgestellt, um aus diesem die Vorkontur mittels Drückwalzen umzuformen. Ein mithilfe eines Schmiede- oder Massivumformverfahrens hergestellter Rohling weist ein besonders homogenes, verdichtetes Gefüge auf, sodass nicht nur der Rohling, sondern auch das fertige Bauteil eine erhöhte mechanische Belastbarkeit aufweist. Insbesondere ist es beim Massivumformen beziehungsweise beim Schmieden möglich, einen Faserverlauf in dem Rohling in Hinblick auf eine zu erwartende mechanische Belastung des fertigen Teils optimal einzustellen. Der Faserverlauf kann in Hinblick auf die zu erwartende mechanische Belastung beim Drückwalzen weiter lokal optimiert werden. Dabei ist es insbesondere möglich, eine diskontinuierliche, ortsabhängig variierende Wandstärke einzustellen, insbesondere weil Fasern in mechanisch hoch belasteten Bereichen gesammelt werden können, sodass hier eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit gegeben ist. Damit ist es nicht nötig, die Wandstärke des herzustellenden Teils insgesamt auf eine lokal zu erwartende höchste mechanische Belastung anzupassen. Die Herstellung des Stützelements in einem Schmiedeverfahren verbunden mit dem anschließenden Drückwalzen trägt damit auch dem Leichtbaugedanken Rechnung.
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Eine gewünschte Festigkeit des Materials kann auch über den Umformgrad und die Auslegung einer Vorform des Schmiederohlings eingestellt werden.
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Das Herstellen der Vorkontur in dem Drückwalzverfahren erfolgt bevorzugt in zwei bis drei Arbeitsgängen. Dabei ist es im Vergleich zu anderen Verfahren beim Drückwalzen möglich, der Endkontur bereits sehr nahe zu kommen, sodass nur eine geringfügige Fertigbearbeitung mittels spanender Bearbeitung nötig ist. Hierdurch ist es möglich, in erheblicher Weise Materialausschuss einzusparen, wodurch die Fertigungskosten gesenkt werden können.
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Weiterhin ermöglicht insbesondere das Drückwalzverfahren eine einstückige Herstellung des Stützelements, sodass es nicht nötig ist, mehrere Teile miteinander zu fügen. Dies vermeidet toleranzbedingte Ungenauigkeiten und damit Unwuchten, sodass insgesamt Leistungsverluste der elektrischen Maschine vermieden werden.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das mindestens eine Ölleitelement und/oder das mindestens eine Halteelement beim Drückwalzen und/oder beim spanenden Fertig bearbeiten durch messer- und/oder schaberartige Einstechwerkzeuge ausgeformt wird/werden. Besonders bevorzugt werden sowohl alle Ölleitelemente als auch das Halteelement beim Drückwalzen durch messer- und/oder schaberartige Werkzeuge ausgeformt, wobei diese in das Material einstechen und/oder Material abschälen und die entsprechenden Wandungsbereiche teilweise heraustrennen sowie anschließend in gewünschter Weise umformen. Dabei erfolgt das Umformen vorzugsweise durch oder kombiniert mit Rollen. Besonders bevorzugt wird ein kombiniertes Einstech-/Drückwalzverfahren verwirklicht, um das Stützelement und einstückig daran das mindestens eine Ölleitelement und/oder das mindestens eine Halteelement herzustellen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine dreidimensionale Ansicht einer ersten Seite eines Ausführungsbeispiels eines Stützelements, und
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2 eine dreidimensionale Ansicht einer zweiten Seite des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer in montiertem Zustand einer Nabe eines nicht dargestellten Trägertopfes abgewandten Seite eines als Stützscheibe ausgebildeten Stützelements 1. Dieses weist einen zentralen Durchlass 3 auf, welcher der Lagerung einer nicht dargestellten Antriebswelle dient. Das Stützelement 1 ist in montiertem Zustand an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes angeordnet, wobei der Durchlass 3 mit der Nabe fluchtet.
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Der Durchlass 3 weist an seinem in montiertem Zustand der Nabe abgewandten Ende eine Freidrehung 5 auf, in welcher ein nicht dargestelltes Lager, vorzugsweise ein Wälz- oder Nadellager, angeordnet, vorzugsweise eingepresst ist. Axial vor der Freidrehung 5 ist vorzugsweise eine weitere Freidrehung 6 vorgesehen, in welcher ein nicht dargestelltes Lager, vorzugsweise ein Wälz- oder Nadellager, zur Lagerung der Kupplung in dem Stützelement 1 angeordnet, vorzugsweise eingepresst ist.
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Mit seinem äußeren Umfang 7 liegt das Stützelement 1 in montiertem Zustand an einem als Rücksprung ausgebildeten Anschlag des Trägertopfes an. In eine äußere Umfangsfläche 9 des Stützelements 1 ist eine Aufnahmeausnehmung 11 eingebracht, die hier als sich in axialer Richtung erstreckende Nut ausgebildet ist. Sie dient der Festlegung des Stützelements 1 an dem Trägertopf in einer vorherbestimmten Relativposition – in Umfangsrichtung gesehen. Hierzu greift ein Sicherungsmittel, beispielsweise ein Stift oder eine Schraube, durch eine in einer äußeren Umfangswand des Trägertopfes vorgesehene Durchgangsbohrung in die Aufnahmeausnehmung 11 ein. Es ist möglich, dass bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Stützelements 1 mehr als eine Aufnahmeausnehmung 11 vorgesehen sind.
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Konzentrisch zu dem Durchlass 3, jedoch in einem radialen Abstand zu diesem ist ein Halteelement 13 vorgesehen, welches hier als umlaufender, axial vorstehender Ringbund ausgebildet ist. Auf das Halteelement 13 ist ein vorzugsweise induktiv wirkender Drehpositionsgeber aufsteckbar. Das Halteelement 13 weist ein Festlegungsmittel 15 auf, das der drehfesten Positionierung des Drehpositionsgebers relativ zu dem Sicherungselement 1 dient und hier als Schlitz ausgebildet ist, der sich in axialer Richtung erstreckt. In diesen ist ein Sperrelement des Drehpositionsgebers einsteckbar.
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Konzentrisch zu dem Durchlass 3 und – in radialer Richtung gesehen – zwischen diesem und dem Halteelement 13 ist ein erstes Ölleitelement 17 angeordnet. Dieses ist hier als – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufender Ölleitring beziehungsweise Ölabsperrring ausgebildet, dessen inneren Flanke 19 zu dem Durchlass 3 hin abgewinkelt ist. Vorzugsweise ist das gesamte erste Ölleitelement 17 leicht konisch ausgebildet, wobei es zu dem Durchlass 3 hin abgewinkelt ist. Es wirkt als Ölabsperrelement, weil aus dem hier nicht dargestellten Lager in der Freidrehung 5 austretendes Öl von ihm aufgehalten und damit quasi in einem Ringbereich 20 zwischen dem Lager und dem ersten Ölleitelement 17 gesammelt wird.
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In diesem Ringbereich 20 sind Öldurchtrittsbohrungen 21 ausgebildet, durch welche das sich sammelnde Öl von der in 1 dem Betrachter zugewandten Seite des Stützelements 1 auf die dem Betrachter abgewandte Seite strömen kann. Die Öldurchtrittsbohrungen 21 sind demnach als Durchgangsbohrungen ausgebildet. Insbesondere ist es daher möglich, dass Öl von der der Nabe und damit einem Innenraum des Trägertopfes abgewandten Seite des Stützelements 1 auf eine dem Innenraum zugewandte Seite und damit in den Innenraum des Trägertopfes gelangt.
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In 1 sind weitere Öldurchtrittsbohrungen 23 dargestellt, die in die äußere Umfangsfläche 9 eingebraucht sind. Deren Funktion wird in Zusammenhang mit 2 erläutert werden.
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Außerdem ist in 1 noch dargestellt, dass zwischen der äußeren Umfangsfläche 9 und dem Halteelement 13 Durchbrüche 25 angeordnet sind. Diese sind hier als Langlöcher ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die Durchbrüche als Bohrungen, insbesondere kreisrunde Bohrungen ausgeführt sind. Sie dienen zum einen einer Gewichtsverringerung des Stützelements 1 und zum anderen als Demontageöffnung insbesondere zum Eingriff für Spezialwerkzeuge. Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Durchbrüche 25 als zusätzliche Öldurchtrittsbohrungen wirken.
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Anhand von 1 wird noch deutlich, dass sämtliche Durchbrüche, Löcher und/oder Bohrungen – in Umfangsrichtung gesehen – gleichmäßig, insbesondere in gleichem Winkelabstand voneinander verteilt sind. Hierdurch ist es möglich, eine homogene Gewichtsverteilung des Stützelements 1 zu gewährleisten und Unwuchten zu vermeiden.
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2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer dem Innenraum beziehungsweise der Nabe des Trägertopfes zugewandten Seite des Stützelements 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Zwischen dem Durchlass 3 und der äußeren Umfangsfläche 9 ist – in radialer Richtung gesehen – etwa auf Höhe des ersten Ölleitelements 17 hier ein zweites Ölleitelement 27 angeordnet. Dieses ist ebenfalls als konzentrisch zu dem Durchlass 3, allerdings in radialem Abstand zu diesem umlaufender Ölleitring ausgebildet. Allerdings ist das zweite Ölleitelement 27 leicht konisch mit sich zum Innenraum des Trägertopfs öffnenden Konuswinkel ausgebildet.
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Erkennbar ist auch, dass die Öldurchtrittsbohrungen 21 in einen Ringbereich 28 zwischen dem Durchlass 3 und dem zweiten Ölleitelement 27 münden Öl, welches sich hier sammelt, wird bei drehendem Rotorträger durch die Zentrifugalkraft gegen das zweite Ölleitelement 27 gedrängt, wo es aufgrund von dessen Öffnungswinkel eine Hangabtriebskraft zum Innenraum des Trägertopfes hin erfährt. Es wird also definiert in das Innere des Trägertopfes weitergeleitet. Dort gelangt es schließlich zu einer inneren Umfangsfläche des Trägertopfes, und ein bestimmter Ölanteil gelangt hierüber wiederum zu den Öldurchtrittbohrungen 23, welche die äußere Umfangsfläche 9 durchsetzen. Es zeigt sich, dass das Stützelement 1 im Bereich seines äußeren Umfangs 7 hier quasi einen Kragen 29 aufweist, der – in axialer Richtung gesehen – zum Innenraum des Trägertopfes hin über eine Oberfläche 31 des Stützelements 1 vorsteht, sodass sich durch die Zentrifugalkraft beschleunigtes Öl hinter dem Kragen 29 sammeln und schließlich durch die Öldurchtrittsbohrungen 23 abfließen kann.
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Die Öldurchtrittsbohrungen 23 fluchten mit entsprechenden Durchtrittsbohrungen in der äußeren Umfangswandung des Trägertopfes, sodass das Öl letztlich aus dem Trägertopf heraustreten und einem Ölversorgungssystem und/oder einem Ölsammelbehälter zugeführt werden kann.
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Der hier nicht dargestellte Trägertopf ist vorzugsweise im Wesentlichen wie ein herkömmlicher Rotorträger ausgebildet, mit dem Unterschied, dass er mit hier beschriebenen Funktionselementen versehen ist, um das Stützelement 1 aufzunehmen beziehungsweise mit diesem zusammenzuwirken. Außerdem ist bei einem herkömmlichen Rotorträger der Trägertopf letztlich mit dem Rotorträger identisch. Der erfindungsgemäße Rotorträger umfasst dagegen den Trägertopf und das Stützelement 1. Es ist möglich, dass der Rotorträger weitere Elemente umfasst. Beispielsweise kann ein zusätzliches Abstützelement, vorzugsweise ein Abschlussdeckel zur weiteren Lagerung der Antriebswelle von dem Rotorträger umfasst sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das als Stützscheibe ausgebildete Stützelement 1 den Trägertopf auf seiner der Nabe abgewandten Seite quasi wie ein Deckel abschließt. Ist ein insbesondere als Abschlussdeckel ausgebildetes zusätzliches Abstützelement vorgesehen, ist das vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildete Stützelement 1 quasi als Zwischenstütze in dem Trägertopf angeordnet. Insgesamt ergibt sich eine vorteilhafte Unterstützung der ein- oder mehrteiligen Antriebswelle auf beiden Seiten des Rotorträgers, wodurch Unwuchten und hiermit zusammenhängende Leistungsverluste der elektrischen Maschine vermieden werden können.
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Damit zeigt sich insgesamt, dass durch den Rotorträger, das Stützelement und das Verfahren zur Herstellung eines Stützelements Leistungsverluste und insbesondere auch eine Serienstreuung elektrischer Maschinen deutlich verringert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006019091 U1 [0003]
