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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung des Rotorkörpers einer Drehstrommaschine mit einer Rotorwelle mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6.
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Beispielsweise zum Antrieb von Fahrzeugen ist es vorbekannt, elektrische Maschinen zu nutzen. Einerseits finden Drehstrom-Asynchronmaschinen mit einem so genannten Käfigläufer Anwendung, der innerhalb eines Stators angeordnet ist, wobei dieser Rotor ein Blechpaket mit einem dauernd kurzgeschlossenen Käfig umfasst. Andererseits finden permanenterregte Drehstrom-Synchronmaschinen mit einem innerhalb eines Stators angeordneten bzw. laufenden Rotor Anwendung, bei dem der Rotor ein Blechpaket mit z. B. eingebetteten Permanentmagneten umfasst. In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Blechpakete, d. h. die Rotorkörper dieser verschieden wirkenden Drehstrommaschinen, insbesondere hinsichtlich der Verbindung zwischen Rotorkörper und Rotorwelle, Unterschiede aufweisen. Die Verbindung zwischen Rotorkörper und Rotorwelle erfolgt häufig dadurch, dass die schichtweise angeordneten Blechlamellen des Rotorkörpers einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen bzw. der Rotorkörper einem Hohlzylinder entspricht und der Innendurchmesser dieses Hohlzylinders dem Außendurchmesser der Rotorwelle derart entspricht, dass die Blechlamellen zur Bildung eines Rotorkörpers quasi auf die Rotorwelle gefädelt werden können und sich so eine ausreichende Lagebestimmung des Rotorkörpers gegenüber der Rotorwelle ergibt, wobei zur Übertragung eines Drehmoments von dem Rotorkörper auf die Rotorwelle allgemein bekannte kraft- oder formschlüssige Verbindungen vorgesehen sind, wie etwa eine axiale Verspannung der Blechlamellen zwischen Endplatten, die gegen ein Verdrehen gegenüber der Rotorwelle gesichert sind, oder eine Federverbindung zwischen den Blechlamellen und der Rotorwelle. Insbesondere ist nun der Innendurchmesser in dem Rotorkörper einer Drehstrom-Asynchronmaschine, zur Aufnahme der Rotorwelle, beziehungsweise zur Verbindung des Rotorkörpers mit der Rotorwelle, gegenüber dem Innendurchmesser in dem Rotorkörper einer Drehstrom-Synchronmaschine vergleichsweise klein, auch wenn die beiden Drehstrommaschinen zu einer Leistungsklasse gehören. Für eine Anwendung von Drehstrom-Asynchronmaschinen und Drehstrom-Synchronmaschinen in einer Serienproduktion sind dann folglich Rotorwellen mit unterschiedlichen Außendurchmessern zu fertigen beziehungsweise bereitzuhalten. Dieses Problem besteht unabhängig von der Wirkungsweise der betrachteten Drehstrommaschinen z. B. auch dann, wenn ein anderer Lieferant einen Rotorkörper bereitstellt, der einen Innendurchmesser aufweist, der gegenüber dem Außendurchmesser der ursprünglich verwendeten und weiterhin zu verwendenden Rotorwelle, vergleichsweise groß ist.
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Beispielsweise gemäß der
US20100308677A1 ist beschrieben, dass die Rotorwelle einer elektrischen Maschine einen Außendurchmesser aufweisen kann, der kleiner als der Innendurchmesser eines Rotorkörpers ist, der die Form eines Hohlzylinders aufweist. Eine Verbindung zwischen dem Rotorkörper und der Rotorwelle erfolgt daher mittels zwei Adapterflanschen, die einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Die Adapterflansche sind einerseits mittels Schrauben jeweils an den Stirnseiten des Rotorkörpers angeordnet und andererseits gegenüber der Welle gegen ein Verdrehen gesichert, beispielsweise mittels einer Übermaßpassung, so dass ein Drehmoment vom Rotorkörper auf die Rotorwelle übertragen werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass es bedingt durch die beschriebene Schraubverbindung zu einem unrunden Lauf des Rotors kommen kann, da keine robuste Zentrierung zwischen den Adapterflanschen und dem Rotorkörper möglich ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verbindung zwischen dem Rotorkörper einer Drehstrommaschine und der Rotorwelle einerseits so variabel zu gestalten, dass Rotorwellen mit einem einheitlichen Außendurchmesser auch dann verwendet werden können, wenn der jeweilige Rotorkörper einen größeren Innendurchmesser aufweist und andererseits so zu gestalten, dass ein unrunder Lauf des Rotors vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Verbindung des Rotorkörpers einer Drehstrommaschine mit einer Rotorwelle, koaxial zu der Rotorwelle eine Hohlwelle angeordnet ist, wobei an dem Außenumfang der Hohlwelle der Rotorkörper angeordnet ist und die Hohlwelle derart mit zwei Zentrierflanschen zusammenwirkt, die auf der Rotorwelle angeordnet sind, dass die Hohlwelle gegenüber der Rotorwelle zentriert ist, wobei die Hohlwelle gegenüber dem Rotorkörper gegen ein Verdrehen gesichert ist und die Hohlwelle gegenüber den Zentrierflanschen gegen ein Verdrehen gesichert ist und die Zentrierflansche gegenüber der Rotorwelle gegen ein Verdrehen gesichert sind, wobei zur Zentrierung der Hohlwelle gegenüber der Rotorwelle die Innenumfangsfläche der Hohlwelle mit jeweils einer Außenumfangsfläche der Zentrierflansche zusammenwirkt. Insbesondere kann so eine Rotorwelle mit einem Außendurchmesser, der dem relativ kleinen Innendurchmesser des Rotorkörpers einer Drehstrom-Asynchronmaschine entspricht, mit einem Rotorkörper verbunden werden, der einen relativ großen Innendurchmesser einer Drehstrom-Synchronmaschine aufweist. Erfindungsgemäß stehen dabei die Innenumfangsfläche der Hohlwelle und jeweils eine Außenumfangsfläche der Zentrierflansche miteinander in Berührungskontakt. Erfindungsgemäß ist es so vorteilhaft und einfach möglich, z. B. die für eine Verwendung bei einer Drehstrom-Asynchronmaschine ausgelegte Rotorwelle auch für den größeren Innendurchmesser des Rotorkörpers einer Drehstrom-Synchronmaschine verwenden zu können, da einfach nur eine zusätzliche Hohlwelle und zwei Zentrierflansche benötigt werden. Außerdem ist es von Vorteil, dass durch das Zusammenwirken der Innenumfangsfläche der Hohlwelle mit einer Außenumfangsfläche des jeweiligen Zentrierflansches bzw. durch das Zusammenwirken der Außenumfangsfläche der Hohlwelle mit einer Innenumfangsfläche des jeweiligen Zentrierflansches eine sichere Lagepositionierung des Rotors gegenüber der Rotorwelle erreicht wird. Erfindungsgemäß kann ein Baukastensystem zusammengestellt werden, das Hohlwellen mit unterschiedlichen Außendurchmessern für entsprechende Innendurchmesser von Rotorkörpern sowie dazu passende Zentrierflansche umfasst, die wiederum unterschiedliche Innendurchmesser für eine Verbindung der Zentrierflansche mit Rotorwellen mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweisen. Wie die jeweils verwendete Hohlwelle gegenüber dem Rotorkörper, die Hohlwelle gegenüber den dazugehörigen Zentrierflanschen und die Zentrierflansche gegenüber der Rotorwelle gegen ein Verdrehen gesichert sind, ist erfindungsgemäß frei wählbar.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Hierbei zeigen:
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1: schematische Darstellung einer Drehstrom-Asynchronmaschine,
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2: schematische Darstellung einer Drehstrom-Synchronmaschine,
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3: schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Wie in 1 gezeigt, umfasst ein innen laufender Rotor 1 einer sonst nicht weiter gezeigten Drehstrom-Asynchronmaschine mit einem außen liegenden Stator 2 einen Rotorkörper 3 bzw. ein Blechpaket. Der Rotorkörper 3 umfasst eine Vielzahl schichtweise, entlang der Drehachse A des Rotors 1 axial angeordneter Blechlamellen aus einem ferromagnetischen Material. Der Rotorkörper 3 beziehungsweise die Blechlamellen weisen einen kreisringförmigen Querschnitt auf. D. h. der Rotorkörper 3 hat die Gestalt eines Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser bzw. einer Außenumfangsfläche und einer Innenumfangsfläche. Der Innendurchmesser des Rotorkörpers 3 entspricht dem Außendurchmesser einer Rotorwelle 4 derart, dass die Innenumfangsfläche des Rotorkörpers 3 direkt in Kontakt mit der Rotorwelle 4 bzw. der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 4 steht und der Rotorkörper 3 ausreichend gegenüber der Rotorwelle 4 in einer bestimmten Lage gehalten wird, d. h. es besteht eine Spielpassung mit einer sehr geringen Toleranz oder es besteht eine leichte Presspassung zwischen den Blechlamellen und der Rotorwelle 4. Wie in 2 gezeigt, ist der Innendurchmesser der Blechlamellen des Rotorkörpers 3 einer Drehstrom-Synchronmaschine größer als der Außendurchmesser der Rotorwelle 4, die ursprünglich für eine Drehstrom-Asynchronmaschine ausgelegt wurde. Um diese Differenz auszugleichen, ist es denkbar, den Außendurchmesser der Rotorwelle 4 zu vergrößern. Angenommen die Rotorwelle 4 ist aus vollem Material gefertigt, dann würde dies bedeuten, dass mehr Material benötigt wird, was das Gewicht der elektrischen Maschine erhöht. Angenommen die Rotorwelle 4 ist innen hohl ausgeführt, dann würde dies bedeuten, dass bedingt durch einen vorgegebenen Durchmesser zur Lagerung des Rotors 1 große Sprünge im Außendurchmesser der Rotorwelle 4 vorgesehen werden müssen, was wiederum ungünstig hinsichtlich der Festigkeit der Rotorwelle 4 ist. Wie in 3 dargestellt, wird erfindungsgemäß zum Ausgleich einer Differenz zwischen dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Rotorkörpers 3 und dem Außendurchmesser der Rotorwelle 4 zwischen dem Innendurchmesser bzw. der Innenumfangsfläche des Rotorkörpers 3 und dem Außendurchmesser bzw. der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 4 eine Hohlwelle 5 angeordnet, wobei der Außendurchmesser der Hohlwelle 5 derart ausgeführt ist, dass die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des hohlzylindrischen Rotorkörpers 3 und dem Außendurchmesser der zylindrischen Rotorwelle 4 ausgeglichen ist. Dabei wirkt der Innendurchmesser bzw. die Innenumfangsfläche der Hohlwelle 5 mit dem Außendurchmesser bzw. der Außenumfangsfläche eines ersten hohlzylindrischen Zentrierflansches 6 und mit dem Außendurchmesser bzw. der Außenumfangsfläche eines zweiten hohlzylindrischen Zentrierflansches 7 zusammen, wobei der Innendurchmesser des ersten hohlzylindrischen Zentrierflansches 6 und des zweiten hohlzylindrischen Zentrierflansches 7 mit dem Außendurchmesser der Rotorwelle 4 bzw. die Innenumfangsfläche des ersten hohlzylindrischen Zentrierflansches 6 und des zweiten hohlzylindrischen Zentrierflansches 7 mit der Außenumfangsfläche der Rotorwelle 4 zusammenwirkt und der erste hohlzylindrische Zentrierflansch 6 und der zweite hohlzylindrische Zentrierflansch 7 jeweils gegen ein Verdrehen gegenüber der Rotorwelle 4 gesichert ist. Wie in 3 gezeigt, sind der erste hohlzylindrische Zentrierflansch 6 und der zweite hohlzylindrische Zentrierflansch 7 hinsichtlich ihres Außendurchmessers abgestuft. D. h. der erste hohlzylindrische Zentrierflansch 6 und der zweite hohlzylindrische Zentrierflansch 7 umfasst jeweils zwei Außenumfangsflächen, wobei jeweils die Außenumfangsfläche des ersten Zentrierflansches 6 bzw. des zweiten Zentrierflansches 7 in dem Bereich mit dem geringeren Außendurchmesser mit der Innenumfangsfläche der Hohlwelle 5 derart zusammenwirkt, dass die Hohlwelle 5 gegenüber der Rotorwelle zentriert ist. Wie weiterhin in 3 gezeigt, wirkt die Stirnfläche, die sich durch Abstufung des ersten Zentrierflansches 6 und des zweiten Zentrierflansches 7 auf jeweils zwei unterschiedlich große Außendurchmesser im Übergang von dem einen zu dem anderen Durchmesser ergibt, insofern mit der Hohlwelle 5 zusammen, dass diese Stirnfläche mit der jeweils endseitigen Stirnfläche der Hohlwelle 5 in Berührungskontakt steht und so der Rotorkörper 3 gegen ein axiales Verschieben gesichert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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