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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere Herstellungsverfahren für Rotoranordnungen für elektrische Innenläufermaschinen. Insbesondere betrifft die Erfindung Maßnahmen zum Befestigen eines Rotorkörpers an einer Rotorwelle.
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Stand der Technik
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Elektrische Maschinen, die in industriellen Anwendungen eingesetzt werden, sind häufig als Innenläufermaschinen ausgebildet. Bei Innenläufermaschinen sind im Wesentlichen zylinderförmige Rotoranordnungen an einer drehbeweglich gelagerten Rotorwelle befestigt.
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Bei der Herstellung derartiger Innenläufermaschinen wird ein vorgefertigter Rotorkörper als ganzes oder in Teilen nacheinander an einer Rotorwelle befestigt, die nachfolgend in eine in ein Gehäuse eingebrachte Statoranordnung eingesetzt wird.
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Die Befestigung des Rotorkörpers an der Rotorwelle erfolgt üblicherweise mittels Querpressverband, Längspressverband oder Kerbverbindung. Beim Aufpressen des Rotorkörpers auf die Rotorwelle können jedoch durch Abrieb Schmutzpartikel entstehen, die, sofern diese in der elektrischen Maschine verbleiben, zu Störungen im Betrieb führen können. Bei Verbindungstechniken, die diese hohen Fügekräfte vermeiden, sind meistens Axialsicherungen für den Rotorkörper notwendig.
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Andere Fügeverfahren, die Temperaturbehandlungen vorsehen, sind dagegen aufwändig und verteuern damit die Herstellung der Rotoranordnungen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotorkörper zum Aufbau einer Rotoranordnung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher Weise an einer Rotorwelle befestigt werden kann und weitestgehend das Auftreten von Abriebpartikeln oder dergleichen vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch den Rotorkörper für eine Rotoranordnung einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die Rotoranordnung und das Verfahren zum Herstellen einer Rotoranordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Rotorkörper für eine Rotoranordnung einer elektrischen Maschine vorgesehen, wobei der Rotorkörper eine in axialer Richtung verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, die mit einer Einrichtung versehen ist, um eine formschlüssige Verbindung mit einem Außengewinde einer Rotorwelle zu bilden.
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Insbesondere kann der Rotorkörper mit mehreren in einer axialen Richtung gestapelten Blechlamellen versehen sein. Die Blechlamellen weisen jeweils Innenausnehmungen auf und sind so gestapelt, dass die jeweiligen Innenausnehmungen der Blechlamellen eine in axialer Richtung verlaufende Durchgangsöffnung durch den Rotorkörper bilden. Eine oder mehrere der Innenausnehmungen der Blechlamellen sind jeweils mit einer oder mehreren nach innen gerichteten in axialer Richtung biegbaren Laschen versehen, wobei die Laschen der Blechlamellen so ausgebildet und angeordnet sind, dass diese einen Freiraum für eine Verbiegung bzw. Verdrehung in axialer Richtung haben.
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Eine Idee des obigen Rotorkörpers besteht darin, diesen mit einer konzentrischen Innenausnehmung zur Aufnahme einer Rotorwelle auszubilden und in axialer Richtung als Lamellenpaket aus Blechlamellen aufzubauen. Durch die Innenausnehmung werden Ränder der Blechlamellen definiert, die mit einer oder mehreren Laschen versehen sein können. Die Laschen sind zumindest an ihrem abstehenden Ende in axialer Richtung voneinander beabstandet, so dass die Laschen in eine Gewindenut eines entsprechenden Außengewinde auf der Rotorwelle eingreifen können und sich dabei zur Anpassung an die Gewindenut verbiegen bzw. verdrehen können.
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Weiterhin können verschiedene Laschen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann der Rotorkörper auf ein Gewinde einer Rotorwelle aufgedreht werden, wobei sich die Laschen der innen liegenden Ränder der Blechlamellen in axialer Richtung so verbiegen, dass diese in einer Nut des Gewindes der Rotorwelle geführt werden.
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Weiterhin können in axialer Richtung benachbarte Laschen an Blechlamellen angeordnet sein, die durch mindestens eine weitere Blechlamelle beabstandet sind. Beispielsweise kann zwischen zwei, jeweils eine Lasche aufweisenden Lamellen mindestens eine Lamelle ohne Lasche vorgesehen sein, um den Freiraum zum Biegen der Laschen zu bilden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Dicke der Laschen in axialer Richtung gegenüber einer Dicke der betreffenden Blechlamelle verringert sein. Anders ausgedrückt weisen die Laschen jeweils eine geringere Dicke auf als ihre zugehörige Blechlamelle.
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Weiterhin kann sich die Dicke der Laschen in Richtung ihres abstehenden Endes jeweils verjüngen. Auf diese Weise kann die Beabstandung der Laschen an den die Innenausnehmung definierenden Rändern der Blechlamellen durch Verjüngen der entsprechenden Laschen oder durch beabstandete Laschen, zum Beispiel durch Vorsehen von verschiedenen oder zueinander in Umfangsrichtung versetzten Blechschnitten, erreicht werden.
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Ferner können die der Rotorwelle zugewandten Enden der Laschen bezüglich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung mit einer Rundung ausgebildet sein, beispielsweise an den Ecken.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Laschen einstückig an den jeweiligen Blechlamellen ausgebildet sind.
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Weiterhin können die gestapelten Blechlamellen aneinander fixiert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann mindestens eine der Laschen sich um den inneren Rand der Innenausnehmung einer Blechlamelle erstrecken und einen Schlitz aufweisen, um eine Verformung in axialer Richtung zuzulassen. Gemäß dieser Ausführungsform weisen eine oder mehrere Innenausnehmungen jeweils nur eine einzige Lasche auf, die sich jeweils ringförmig über den Umfang der Innenausnehmung erstreckt und den Schlitz aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsformm kann in der Durchgangsöffnung ein verformbares Material, insbesondere Aluminium oder ein Kunststoff eingebracht sein, wobei das verformbare Material so beschaffen ist, dass das Außengewinde der Rotorwelle beim Einschrauben darin einschneidet und so die formschlüssige Verbindung ausbildet.
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Dadurch ist es möglich im Durchgangsöffnungen mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit dem verformbaren Material zu versehen, in das beim Aufschrauben auf die Rotorwelle ein Gewinde eingeschnitten wird. Dadurch kann auf das Vorsehen von mehreren Blechschnitten und/oder auf deren geeignete Anordnung zum Aufbau des Rotorkörpers verzichtet werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Rotoranordnung mit dem obigen Rotorkörper und einer Rotorwelle mit einem Außengewinde vorgesehen, wobei der Rotorkörper auf dem Außengewinde aufgeschraubt ist, so dass die Laschen in einer Gewindenut des Außengewindes geführt und biegeelastisch in der Gewindenut aufgenommen sind.
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Weiterhin kann zumindest ein Abschnitt des Außengewindes, der den Rotorkörper trägt, mit einer Vorbeschichtung mit einem mikroverkapselten Klebstoff oder mit einem Lotauftrag versehen sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Rotoranordnung mit dem mit verformbaren Material ausgebildeten Rotorkörper und einer Rotorwelle mit einem Außengewinde vorgesehen, wobei der Rotorkörper auf dem Außengewinde aufgeschraubt ist, so dass das verformbare Material in das Außengewinde der Rotorwelle einschneidet und so die formschlüssige Verbindung ausbildet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen der obigen Rotoranordnung vorgesehen, wobei der obige Rotorkörper auf eine mit einem Außengewinde versehenen Rotorwelle aufgeschraubt wird, so dass die Laschen in die Gewindenut des Außengewindes eingreifen und so den Rotorkörper in axialer Richtung auf die Rotorwelle ziehen und dort halten.
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Weiterhin kann das Außengewinde mit einer Vorbeschichtung mit einem mikroverkapselten Klebstoff oder mit einem Lotauftrag versehen werden, wobei beim Aufschrauben des Rotorkörpers eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Rotorkörper und der Rotorwelle erreicht wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a und 1b verschiedene Schnittansichten durch einen Rotorkörper, der zum Aufschrauben auf eine Rotoranordnung geeignet ist;
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2 eine Draufsicht auf eine weitere Blechlamelle für einen Rotorkörper für eine Rotoranordnung;
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3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine Rotoranordnung mit einem auf eine Rotorwelle aufgeschraubten Rotorkörper;
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4 eine Schnittansicht durch einen Rotorkörper mit verjüngten Laschen;
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5 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts eines Rotorkörpers mit verschieden geformten Laschen; und
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6 eine schematische Ansicht einer Rotoranordnung mit einem auf eine Rotorwelle aufgeschraubten Rotorkörper.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1a zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Ausschnitt eines Rotorkörpers 1 quer zu einer axialen Richtung A und 1b eine entsprechende Schnittdarstellung quer zur axialen Richtung A.
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Der Rotorkörper 1 ist als Lamellenpaket aus Blechlamellen aufgebaut. Die Blechlamellen weisen verschiedene Blechschnitte auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotorkörper 1 wechselweise mit ersten Blechlamellen 2 mit einem ersten Blechschnitt und mit zweiten Blechlamellen 3 mit einem zweiten Blechschnitt aufgebaut.
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Die Blechlamellen 2, 3 weisen jeweils eine kreisförmige Innenausnehmung 4 auf, die zur Aufnahme einer Rotorwelle dient. Die Blechlamellen 2, 3 sind in der axialen Richtung A so aufeinandergesetzt, dass sich eine zylinderförmige Durchgangsöffnung 7 zur Aufnahme der Rotorwelle ausbildet.
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Im Bereich der Innenausnehmungen 4, das heißt an dem inneren Rand 5 der Blechlamellen, können jeweils eine oder mehrere Laschen 6 vorgesehen sein, die in axialer Richtung flexibel biegebeweglich sind. Mit anderen Worten sollten die Laschen 6 der Blechlamellen einen Freiraum in axialer Richtung A aufweisen. Dazu sollte beispielsweise jede der Laschen 6 in axialer Richtung nicht an eine weitere Lasche einer unmittelbar benachbarten Blechlamelle angrenzen. Beispielsweise können die zweiten Blechlamellen 3 auch ohne Laschen ausgebildet sein. Alternativ können, wie in den 1a und 1b gezeigt, die ersten und die zweiten Blechlamellen 2, 3 bezüglich der Umfangsrichtung des inneren Rands 5 versetzte Laschen 6 aufweisen, so dass diese einen Freiraum zur Biegung in axialer Richtung A erhalten.
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Der Rotorkörper der 1a und 1b eignet sich somit, auf ein Gewinde auf einer Rotorwelle aufgeschraubt zu werden. Dabei gelangt eine Lasche 6 in Eingriff mit einer Gewindenut des Gewindes und wird dadurch in axialer Richtung A entlang der Rotorwelle gezogen. Weitere Laschen 6 derselben und weiterer Blechlamellen 2, 3 gelangen nacheinander ebenfalls in die Gewindenut und werden dadurch in axialer Richtung A geführt. Dabei passen sich die Laschen 6 durch Verformung der Steigung der Gewindenut an.
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Die Blechlamellen 2, 3 sind üblicherweise als Lamellenpaket fest miteinander verbunden, so dass die Ausrichtung der einzelnen Blechlamellen quer zur axialen Richtung fixiert ist. Aufgrund der Gewindesteifigkeit des Gewindes auf der Rotorwelle werden dadurch die Laschen 6 der ersten Blechschnitte 2 in entsprechender Weise in der Gewindespur geführt. Dabei können diese in axialer Richtung A gebogen und/oder zu der Umfangsrichtung des inneren Randes 5 entsprechend der Gewindesteigung verdreht werden. Es ist allgemein wichtig, dass die Laschen 6 eine Freiheit zur Verformung bzw. Verdrehung zur Anpassung an die Gewindenut des Gewindes haben.
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Ein Blechschnitt einer dritten Blechlamelle 10 ist in der Draufsicht der 2 dargestellt. Die dritte Blechlamelle 10 weist eine innere, um den gesamten inneren Rand 5 umlaufende Lasche 6 auf. Die Lasche 6 stellt eine nach radial innen verlaufende Verlängerung des inneren Rands 5 dar und ist nur an einer Stelle mit einem Schlitz 11 versehen, so dass eine entsprechende Verdrehung entlang der Gewindenut erreicht werden kann.
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Zur einfacheren Montage ist es jedoch sinnvoll, den inneren Rand 5 der Blechlamellen mit mehreren Laschen 6 zu versehen, die sich jeweils unabhängig gegenüber der Ebene des Blechschnitts verbiegen können.
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In der Querschnittsansicht der 3 ist dargestellt, wie ein Lamellenpaket eines Rotorkörpers 1 mit Blechlamellen auf ein Außengewinde 16 einer Rotorwelle 15 aufgeschraubt ist, um eine Rotoranordnung 14 zu bilden. Wie dargestellt kann es weiterhin sinnvoll sein, die abstehenden Enden der Laschen 6 abzurunden bzw. zu verjüngen, so dass ein einfacheres Einschrauben auf das Außengewinde 16 der Rotorwelle 15 möglich ist.
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Das Außengewinde 16 der Rotorwelle 15 kann mit einer Vorbeschichtung 17 mit einem mikroverkapselten Klebstoff, z.B. in Form eines hetero dispersen Kapselspektrums, versehen sein. Beim Aufschrauben wird die Mikroverkapselung aufgebrochen und Klebstoff freigesetzt. Dadurch wird der Rotorkörper 1 fest an der Rotorwelle 15 fixiert, indem die Laschen 6 mit der Gewindenut des Außengewindes 16 verklebt werden.
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Alternativ kann das Außengewinde 16 der Rotorwelle 15 kann mit einem Lotauftrag versehen sein. Bei Verwendung des Lotauftrags wird das Lot beim Aufschrauben durch die Wärme aufgeschmolzen und verbindet stoffschlüssig die Rotorwelle 15 mit den Laschen 6 des Rotorkörpers 1.
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Um den beim Aufschrauben auf die Rotorwelle durch die Gewindesteigung bewirkten Versatz der Laschen 6 zu gewährleisten, ist es, wie beispielsweise in 4 dargestellt, alternativ möglich, den Rotorkörper durch Stapeln von identischen vierten Blechlamellen 20 aufzubauen. Die vierten Blechlamellen 20 weisen Laschen 21 mit einer bezüglich der Dicke der vierten Blechlamellen 20 geringeren Dicke auf, die sich von dem Inneren Rand 22 der vierten Blechlamellen 20 erstrecken und auch in axialer Richtung unmittelbar benachbart angeordnet sein können. Optional können die Laschen 21 sich zur Innenausnehmung hin verjüngend ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform können daher auch in axialer Richtung unmittelbar benachbarte vierte Blechlamellen 20 mit aneinander in axialer Richtung benachbarten Laschen 6 vorgesehen werden. Dadurch kann ein Gewinde mit geringer Gewindesteigung auf der Rotorwelle 15 vorgesehen werden, wodurch das Aufschrauben des Rotorkörpers 1 auf das Gewinde 16 der Rotorwelle 15 erleichtert wird. Zudem ist es möglich, den Rotorkörper 1 mit nur einem Blechschnitt gemäß den vierten Blechlamellen 20 aufzubauen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht auf einen beispielhaften Rotorkörper 1, der als Lamellenpaket ausgebildet ist. Der Rotorkörper 1 ist zum Stapeln von Blechlamellen nur eines einzigen Blechschnittes aufgebaut, wobei die Laschen sich verjüngend ausgebildet sind. Zudem weisen die Laschen 6 unterschiedliche Formen auf, im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Laschen einen dreieckigen und rechteckigen Querschnitt (in axialer Richtung A) auf und sind im Wechsel zueinander angeordnet.
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Insbesondere die Kanten der abstehenden Enden der Laschen 6 können in Umfangsrichtung eine Rundung 8 aufweisen, so dass ein einfacheres Aufschrauben auf das Außengewinde 16 der Rotorwelle 15 möglich ist.
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In 6 ist eine weitere Rotoranordnung 40 dargestellt. Der Rotorkörper 41 bei dieser Rotoranordnung 40 weist in seiner Durchgangsöffnung 43 ein verformbares Material 42 auf, dass mit einer bestimmten Dicke an der Innenwand der Durchgangsöffnung 43 angeordnet ist. In der Durchgangsöffnung 43 befindet sich eine Rotorwelle 44, die ein Außengewinde 45 trägt.
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Das verformbare Material einem Metall, wie z.B. Aluminium, oder einem Kunststoff entsprechen Allgemein ist das verformbare Material 45 weicher als das Material des Außengewindes 45, so dass beim Einschrauben der Rotorwelle in die Durchgangsöffnung 43, die Außenkanten der Gewindenuten des Außengewindes 45 in das verformbare Material einschneidet.
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Das verformbare Material kann in den Rotorkörper 41 mithilfe eines Aluminium- oder Kunststoffspritzprozesses eingespritzt werden. Insbesondere kann bei Verwendung eines Aluminiumspritzprozesses das verformbare Material 42 (Aluminium) gemeinsam mit magnetisch und/oder elektrisch aktiven Strukturen, wie z.B. Kurzschlusswicklungen bei einer Rotoranordnung für eine Asynchronmaschine, hergestellt werden, so dass für die Herstellung des verformbaren Materials 42 in dem Rotorkörper 41 kein gesonderter Aufwand entsteht.
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Weiterhin sollte die Dicke des verformbaren Materials 42 in der Durchgangsöffnung 43 so gewählt sein, dass der Durchmesser der Rotorwelle 44 am Nutgrund der Gewindenut einen gleichen oder geringeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser der mit dem verformbaren Material 42 versehenen Durchgangsöffnung 43 und/oder der Durchmesser der Rotorwelle 44 auf den Gewindestegen (äußererer Rand) des Außengewindes 45 einen gleichen oder kleineren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Rotorkörper 41.
