DE102015201103A1

DE102015201103A1 - Pressverbindungen von stanzpaketierten Bauteilen mit Wellen

Info

Publication number: DE102015201103A1
Application number: DE102015201103.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fichtner; Josef Gröschel; Michael Dotterweich; Jens Merseburger; Benedikt Richter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Pressverbindung eines stanzpaketierten Bauteils (3) mit einer Welle (1), wobei zwischen dem stanzpaketierten Bauteil (3) und der Welle (1) ein hülsenförmiges Bauteil (2) vorhanden ist, wobei das stanzpaketierte Bauteil (3) auf dem hülsenförmigen Bauteil (2) und dieses (2) auf der Welle (1) aufgepresst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pressverbindung eines stanzpaketierten Bauteils mit einer Welle.
Die Pressverbindung eines stanzpaketierten Bauteils mit einer Welle wird vor allem in Elektromotoren verwendet. Der Elektromotor weist dazu einen feststehenden Stator und einen beweglichen Rotor auf. Der Rotor wird in der Regel aus geblechten Eisenpaketen aufgebaut. Einzelne voneinander elektrisch isolierte Elektrobleche werden hierbei axial aufeinander gestapelt und beispielsweise mittels Stanzpaketieren miteinander verbunden. Durch die elektrische Isolation zwischen den Elektroblechen werden Wirbelstromverluste und Hystereseverluste im Stator vermieden, was zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Maschine führt.
Im Stand der Technik ist die Verwendung von Pressverbindungen zwischen Rotorpaketen oder stanzpaketierten Rotorteilen und glatter oder gerändelter Welle bekannt (siehe zum Beispiel DE 10 2010 031 399 A1 oder DE 10 2012 110 147 A1 ). Nachteilig sind hierbei jedoch die Spanbildung beim Pressvorgang und die Limitierungen der Drehmomentübertragung des Pressverbandes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Pressverbindung zwischen stanzpaketierten Bauteilen und einer Welle anzugeben, die die Spanbildung größtmöglich vermeidet und eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments ermöglicht.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Pressverbindung und in Anspruch 10 deren Verwendung vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Pressverbindung von einem stanzpaketierten Bauteil und einer Welle zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem stanzpaketierten Bauteil und der Welle ein hülsenförmiges Bauteil vorhanden ist, wobei das stanzpaketierte Bauteil auf dem hülsenförmigen Bauteil und dieses auf der Welle aufgepresst ist. Unter Welle wird ein stabförmiges Maschinenelement, das zum Weiterleiten von Drehbewegungen und Drehmomenten sowie zur Lagerung von rotierenden Teilen Verwendung findet, verstanden. Darunter ist auch der umgangssprachlich häufig verwendete Begriffe „Achse“ zu verstehen.
Erfindungsgemäß ist auch eine Anordnung anzusehen, die ein stanzpaketiertes Bauteil, eine Welle oder Achse sowie ein hülsenförmiges Bauteil umfasst, wobei das stanzpaketierte Bauteil auf dem hülsenförmigen Bauteil und dieses auf der Welle oder Achse aufgepresst ist.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Pressverbindung weist das hülsenförmige Bauteil mindestens einen Schlitz auf. Unter Schlitz wird eine lange und schmale Öffnung verstanden. In dem hülsenförmigen Bauteil kann vorzugsweise ein durchgehender Schlitz vorhanden sein. Diese Art von hülsenförmigen Bauteilen ist zum Beispiel in der Norm ISO 8752 angegeben. Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit ist es, wenn das hülsenförmige Bauteil zwei Schlitze aufweist. Beispielsweise sind beide nicht durchgehenden Schlitze im Abstand von 180°, das heißt gegenüberliegend, angeordnet. Dabei beginnt einer der beiden Schlitze an einem axialen Ende des hülsenförmigen Bauteils und der andere Schlitz an dem anderen axialen Ende des hülsenförmigen Bauteils. Ebenfalls ist es denkbar, vier Schlitze im hülsenförmigen Bauteil einzubringen. Dabei sind die Schlitze im Abstand von 90° zueinander angeordnet und beginnen abwechselnd an dem einen axialen Ende und dem anderen axialen Ende. Möglich ist jede beliebige Anzahl von Schlitzen. Ebenfalls könnte der Schlitz abweisend von der geraden Variante schraubenförmig, wellig und/oder schräg über das hülsenförmige Bauteil verlaufen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das hülsenförmige Bauteil einen Flansch in radialer Richtung nach außen hin an einem axialen Ende aufweist. Der Flansch ist somit als Anschlagflansch ausgebildet, um die Montagestellung zu vereinfachen. Des Weiteren ist es erfindungsgemäß, wenn das hülsenförmige Bauteil an mindestens einem axialen Ende eine umlaufende Fase oder eine umlaufende Rundung gegebenenfalls am Flansch oder direkt am zylindrischen Abschnitt aufweist.
Vorzugsweise besteht das hülsenförmige Bauteil aus Stahlwerkstoff. Erfindungsgemäß könnte jedoch auch ein weicher Werkstoff verwendet werden, wie zum Beispiel Messing.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Pressverbindung sind das stanzpaketierte Bauteil mit dem hülsenförmigen Bauteil und diese beiden Bauteile mit der Welle so verpresst, dass eine formschlüssige Verbindung entsteht. Hierfür ist am Innendurchmesser vom stanzpaketierten Bauteil eine Aussparung vorhanden, die beispielsweise durch Ausstanzen entsteht. In diese Aussparung wird während des Pressvorgangs Material des hülsenförmigen Bauteils hinein gepresst, so dass beide Bauteile ineinandergreifen.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn das hülsenförmige Bauteil aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient +/–20 % des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstoffes des stanzpaketierten Bauteils beträgt. Dadurch wird eine ausreichende Drehmomentübertragung bei schwankenden Temperaturen gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das stanzpaketierte Bauteil als Rotorteil eines Motors ausgebildet. Vorzugsweise ist die Welle axial außerhalb der Pressverbindung mit einer Ausgleichskupplung versehen und an der Ausgleichskupplung ist ein Getriebe angeschlossen. Die Pressverbindung stellt somit eine Verbindung zwischen Motor und Getriebe her. Als Ausgleichskupplung kann zum Beispiel eine Oldham-Kupplung, wie beispielsweise in der DE 10 2007 049 072 A1 dargestellt, verwendet werden. Ein mögliches zu verwendendes Getriebe, nämlich ein Überlagerungsgetriebe, ist beispielsweise in der DE 10 2006 007 651 A1 offenbart. Ein Überlagerungsgetriebe kann in Form eines Dreiwellengetriebes, zum Beispiel Wellgetriebe oder Taumelscheibengetriebe, ausgebildet sein. Hierbei könnte die Verstellwelle des Getriebes gleichzeitig die Welle, auf der die Pressverbindung vorliegt, darstellen.
Bei einer erfindungsgemäßen Verwendung wird die oben beschriebene Pressverbindung bei elektrischen Maschinen, insbesondere einem Elektromotor verwendet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Pressverbindung in perspektivischer Schnittansicht,
2 Darstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen stanzpaketierten und hülsenförmigen Bauteil,
3 eine Ausführungsform des hülsenförmigen Bauteils mit einem durchgehenden Schlitz in perspektivischer Darstellung,
4 eine weitere Ausführungsform des hülsenförmigen Bauteils mit vier angeordneten Schlitzen in perspektivischer Darstellung,
5 eine schematische Darstellung der Einbaustelle der Pressverbindung.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Pressverbindung in perspektivischer Schnittansicht dargestellt. Die Anordnung der Pressverbindung umfasst eine Welle 1, ein hülsenförmiges Bauteil 2 und ein stanzpaketiertes Bauteil 3. Auf der Welle 1 ist das hülsenförmige Bauteil 2 und auf dem hülsenförmigen Bauteil 2 ist das stanzpaketierte Bauteil 3 aufgepresst. Das hülsenförmige Bauteil 2 weist einen durchgehenden axialen Schlitz 4 auf. Das stanzpaketierte Bauteil 3 stellt ein Teil des Rotors eines Elektromotors dar. In dem stanzpaketierten Bauteil 3 sind nahe am Außendurchmesser Aussparungen 5 eingebracht, die sich in axialer Richtung hin durchgehend erstrecken. In diese Aussparungen 5 werden Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete, des Rotors eingefügt.
Die 2 stellt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem stanzpaketierten Bauteil 3 und dem hülsenförmigen Bauteil 2 dar. Hierfür ist in dem stanzpaketierten Bauteil 3 eine Aussparung 6 eingebracht. Die Aussparung 6 kann in Form von einer durchgehenden oder unterbrochenen in axialer Richtung verlaufenden Nut ausgeführt sein. Durch die Pressverbindung wird Material des hülsenförmigen Bauteils 2 in die Aussparung 6 hineingeschoben. Dadurch kommt es zur Verdrehsicherung aufgrund des Formschlusses in radiale und bei Bedarf axiale Richtung und somit zur Erhöhung der Drehmomentübertragung.
Die 3 und 4 zeigen erfindungsgemäße Ausführungsformen des hülsenförmigen Bauteils 2 auf. In der 3 ist ein hülsenförmiges Bauteil 2 mit einem durchgehenden geraden Schlitz 4 dargestellt. Des Weiteren weist das hülsenförmige Bauteil 2 an beiden axialen Enden 7 eine umlaufende Rundung 8 auf. In der 4 hingegen weist das hülsenförmige Bauteil vier Schlitze 4 auf. Die Schlitze 4 sind im Abstand von 90° angeordnet, so dass sich zwei Schlitze 4 gegenüberliegen. Die beiden sich gegenüberliegenden Schlitze 4 sind jeweils am gleichen axialen Ende 7 des hülsenförmigen Bauteils 2 angeordnet. Die Schlitze 4 sind außerdem nicht durchgehend wie in 3, sondern weisen eine bestimmte Länge auf, die im hülsenförmigen Bauteil 2 endet. In der 4 überlappen die Schlitze 4 in axialer Richtung. Die Enden 9 der Schlitze 4, die im hülsenförmigen Bauteil 2 enden, sind abgerundet. Des Weiteren weist das hülsenförmige Bauteil 2 an beiden axialen Enden 7 jeweils eine umlaufende Fase 10 auf.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung der Einbaustelle der Pressverbindung. Die Pressverbindung zwischen Welle 1, hülsenförmiges Bauteil 2 und stanzpaketiertes Bauteil 3 liegt in einem Elektromotor 11. Die Welle 1 ist an dem gegenüberliegenden Ende, auf dem die Pressverbindung angeordnet ist, mit einer Ausgleichskupplung 12 versehen. Die Ausgleichskupplung 12, beispielsweise eine Oldham-Kupplung, ist wiederum an einem Getriebe 13 mittels einer Getriebewelle 14 angeschlossen. Das Getriebe 13 weist neben der Getriebewelle 14 auch eine Eingangswelle 15, zum Beispiel ausgestaltet als Riemenscheibe oder Zahnrad, und eine Ausgangswelle 16 auf. Die Ausgangswelle 16 stellt entweder direkt die Nockenwelle dar oder ist mit der Nockenwelle drehfest verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Hülsenförmiges Bauteil
3: Stanzpaketiertes Bauteil
4: Schlitz
5: Aussparung für Magnet
6: Aussparung
7: Axiales Ende des hülsenförmigen Bauteils
8: Rundung
9: Ende
10: Fase
11: Elektromotor
12: Ausgleichskupplung
13: Getriebe
14: Getriebewelle
15: Eingangswelle Getriebe
16: Ausgangswelle Getriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010031399 A1 [0003]
DE 102012110147 A1 [0003]
DE 102007049072 A1 [0013]
DE 102006007651 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO 8752 [0008]

Claims

Pressverbindung eines stanzpaketierten Bauteils (3) mit einer Welle (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem stanzpaketierten Bauteil (3) und der Welle (1) ein hülsenförmiges Bauteil (2) vorhanden ist, wobei das stanzpaketierte Bauteil (3) auf dem hülsenförmigen Bauteil (2) und dieses (2) auf der Welle (1) aufgepresst ist.
Pressverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) mindestens einen Schlitz (4) aufweist.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) einen Flansch in radialer Richtung nach außen hin an einem axialen Ende (7) aufweist.
Pressverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) an mindestens einem axialen Ende (7) eine umlaufende Fase (10) oder eine umlaufende Rundung (8) aufweist.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) aus Stahlwerkstoff besteht.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stanzpaketierte Bauteil (3) mit dem hülsenförmigen Bauteil (2) und diese beiden Bauteile (2, 3) mit der Welle (1) so verpresst sind, dass eine formschlüssige Verbindung entsteht.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenförmige Bauteil (2) aus einem Werkstoff besteht, dessen Wärmeausdehungskoeffizient +/–20 % des Wärmeausdehungskoeffizienten des Werkstoffes des stanzpaketierten Bauteils (3) beträgt.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stanzpaketierte Bauteil (3) als Rotorteil eines Motors ausgebildet ist.
Pressverbindung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) axial außerhalb der Pressverbindung mit einer Ausgleichskupplung (12) versehen ist und an der Ausgleichskupplung (12) ein Getriebe (13) angeschlossen ist.
Verwendung der Pressverbindung nach Anspruch 1 bis 9 bei elektrischen Maschinen, insbesondere einem Elektromotor (11).