DE102016202416B4

DE102016202416B4 - Rotorwellenanordnung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102016202416B4
Application number: DE102016202416.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Filgertshofer
Original assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Current assignee: Hirschvogel Umformtechnik GmbH
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-02-18
Also published as: US20170237316A1; DE102016202416A1; CN107093942A

Abstract

Rotorwellenanordnung (1) für einen Rotor (R) eines Elektromotors, aufweisend: eine Hohlwelle (2) zur Aufnahme eines Rotorkörpers (K), und ein in der Hohlwelle (2) angeordneter Kühlkörper (3), welcher radial mit der Hohlwelle (2) in thermischem Kontakt steht und eine axial durchgehend offene Struktur (S) aufweist, so dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle (2) axial durch den Kühlkörper (3) hindurch strömen kann, wobei die offene Struktur (S) durch definierte Kanäle gebildet ist, wobei der Kühlkörper (3) radial sich erstreckende Kühlrippen (30) aufweist, wobei der Kühlkörper (3) ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement (31) aufweist, von dem sich die Kühlrippen (30) radial nach außen erstrecken, und wobei das Wärmeleitelement (31) sich entlang der Längsachse (L) der Hohlwelle (2) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorwellenanordnung für einen Rotor eines Elektromotors, einen Rotor mit dieser Rotorwellenanordnung, einen Elektromotor mit diesem Rotor sowie ein Verfahren zur Herstellung der Rotorwellenanordnung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Kühlung entsprechender Vorrichtungen.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Arten einer Kühlung von Elektromotoren bekannt. Eine Möglichkeit bietet dabei die passive Kühlung, bei der die im Elektromotor entstehende Wärme über die Befestigungsvorrichtung auf die Maschinenkonstruktion weitergeleitet wird. Die Wärme kann dabei beispielsweise über die Lagerung der Rotorwelle übertragen werden. Dies führt zu einer thermisch hohen Belastung der Lager, welche folglich entsprechend dimensioniert ausgebildet sein müssen. Eine andere Möglichkeit bietet die aktive Luftkühlung, bei der Luft über den Motor geblasen wird und somit die Wärme kontinuierlich vom Rotor abgeführt wird. Eine weitere Möglichkeit liegt in einer Flüssigkeitskühlung, bei der in einem geschlossenen Kühlkreislauf flüssiges Kühlmittel in den entsprechenden Elektromotorkomponenten zirkuliert. Dies setzt zum einen eine komplexe Kühlkreislaufstruktur voraus. Zum anderen sorgt eine solche Flüssigkeitskühlung insbesondere in bewegten Teilen des Elektromotors zu einer Steigerung der bewegten Masse, was insbesondere im Hinblick auf eine mögliche Unwucht und die damit verbundenen Schwingungen zu einer komplexen Gestaltung der Flüssigkeitsführung und somit der Elektromotorkomponenten insgesamt führt.
Die US 2003/0 146 667 A1 zeigt eine in einem hohlen Rotor eines Motors angeordnete scheiben- oder spiralförmige Kühlstruktur.
Es ist nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Rotorkühlung in einfacher Weise und mit effektiver Wärmeableitung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erzielt. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Rotorwellenanordnung für einen Rotor eines Elektromotors. Dieser weist eine Hohlwelle (im Folgenden auch Rotorwelle genannt) zur (äußeren bzw. umfangsseitigen) Aufnahme eines Rotorkörpers – wie beispielsweise eines Rotorpakets – auf. Des Weiteren weist die Rotorwellenanordnung einen in der Hohlwelle angeordneten Kühlkörper auf. Dieser steht radial mit der Hohlwelle in thermischem Kontakt und weist eine axial durchgehend offene Struktur auf, so dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle axial durch den Kühlkörper hindurch strömen kann; mit anderen Worten in den Kühlkörper an einem axialen Ende eintreten und den Kühlkörper an dem gegenüberliegenden axialen Ende wieder verlassen kann.
Das Kühlmedium kann dabei jedes Fluid, wie beispielsweise Luft oder ein flüssiges Kühlmedium, sein. Die axial durchgehend offene Struktur des Kühlkörpers ermöglicht es, eine möglichst große Oberfläche zur Wärmeabfuhr über ein den Kühlkörper durchströmendes Kühlmedium zu erzielen. Des Weiteren können durch die separate Bereitstellung der Hohlwelle einerseits und des Kühlkörpers andererseits diese beiden Bauteile jeweils für sich und in Kombination optimal ausgebildet werden. Dies gilt einerseits für das zu verwendende Material der jeweiligen Bauteile, welches der jeweiligen Aufgabe entsprechend ausgewählt werden kann. Die Hohlwelle kann hierbei bevorzugt aus einem geeigneten Stahl hergestellt sein, während der Kühlkörper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein kann, wie insbesondere Aluminium oder Kupfer. Zum anderen ermöglicht diese Ausgestaltung auch eine einfache Herstellung der Bauteile, da diese zunächst separat hergestellt und anschließend zusammengefügt werden können. Somit kann auch eine insgesamt komplexe Form der Rotorwellenanordnung in einfacher Weise bereitgestellt werden. Durch die kontinuierliche und einfach zu realisierende Wärmeabfuhr mittels des innerhalb der Hohlwelle angeordneten Kühlkörpers findet zudem eine thermische Entlastung der Lagerstellen einer entsprechenden Rotorwellenanordnung statt. Dies wiederum führt zu einer reduzierten Wärmeausdehnung in diesen Bereichen und der zugeordneten Lager, welche folglich enger bzw. kleiner ausgelegt werden können. Durch die geringere thermische Belastung können die Lager folglich auch mit höheren Drehzahlen betrieben werden. Folglich kann insgesamt das Temperaturniveau des Rotors durch diese Rotorwellenanordnung gesenkt und somit die Leistungsfähigkeit) eines damit betriebenen Elektromotors gesteigert werden. Eine solche Rotorkühlung ist insbesondere für Asynchronmotor bevorzugt einzusetzen.
Der Kühlkörper und die Hohlwelle sind bevorzugt kraftschlüssig miteinander verbunden, so dass sich der Kühlkörper radial an der Innenwand der Hohlwelle abstützt; beispielsweise über mehrere – vorzugsweise umlaufend gleichmäßig verteilte – Punkte, Linien oder Flächen über den Umfang der Hohlwelle gesehen. Durch diese radiale Stützwirkung des Kühlkörpereinsatzes kann eine auf die Hohlwelle wirkende Kraft sicher getragen werden, so dass beispielsweise die Wandstärke der Hohlwelle gegenüber bekannten Ausführungen geringer ausgebildet werden kann, was wiederum zu einer Gewichtsreduktion führen kann.
Die vorbezeichnete offene Struktur ist durch definierte Kanäle, wie Durchgangsöffnungen, gebildet. Insbesondere soll es die Struktur ermöglichen, dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle axial durch den Kühlkörper hindurch strömen kann, wobei der durchströmte Bereich mit einer möglichst großen Oberfläche des Kühlkörpers begrenzt sein soll, um eine möglichst effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen.
Insgesamt sollte der Kühlkörper derart ausgebildet und in der Hohlwelle vorgesehen sein, dass sein Masseschwerpunkt auf der Längsachse der Hohlwelle liegt bzw. die Rotorwellenanordnung ihren Masseschwerpunkt auf der Rotationsachse des Rotors aufweist.
Die Hohlwelle kann wenigstens in bzw. an ihrer dem Kühlkörper zugewandten Innenwand Strukturelemente aufweisen, welche mit korrespondierenden radial äußeren Bereichen des Kühlkörpers, welche ebenfalls bevorzugt Strukturelemente sein können, in Kontakt stehen. Dabei soll bevorzugt eine formschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen bereitgestellt werden. Die Strukturelemente der Hohlwelle können dabei beispielsweise als Nuten oder Rippen ausgebildet sein, welche bevorzugt bei einem Umformvorgang zur Herstellung der Hohlwelle mit in diese eingepresst werden können. Auf diese Weise kann eine sichere und definierte Befestigung des Kühlkörpers in der Hohlwelle bei gleichzeitig sicherem thermischem Kontakt der beiden Komponenten erzielt werden. Die Strukturelemente können ferner eine relative rotatorische Fixierung der beiden Bauteile sicherstellen.
Insgesamt sollte der Kühlkörper drehfest mit der Hohlwelle verbunden sein. Hierzu sind grundsätzlich alle Verbindungsarten auch in Kombination miteinander denkbar; insbesondere Kraft- und/oder Formschluss.
Der Kühlkörper ist bevorzugt derart ausgebildet, um durch dessen durchgehend offene Struktur bei Rotation der Hohlwelle das Kühlmedium axial zu fördern. Insbesondere wird dies durch dessen Geometrie ermöglicht. Dabei sind beispielsweise die Durchströmrichtung des Kühlmediums, das Kühlmedium selbst sowie die Rotationsrichtung eines die Rotorwellenanordnung aufweisenden Rotors einzubeziehen, um eine definierte Förderrichtung bereitzustellen.
Der Kühlkörper weist wenigstens eine und bevorzugt auch mehr – bspw. wenigstens drei – radial sich erstreckende Kühlrippen auf. Kühlrippen weisen in der Regel eine möglichst flächige Geometrie auf und bieten daher eine möglichst große Oberfläche zur Wärmeabfuhr bei gleichzeitig geringen Bauteildimensionen und geringem Materialeinsatz.
Die Kühlrippen können an ihrem der Hohlwelle zugewandten radialen Ende einen verbreiterten Kontaktbereich zum thermischen Kontakt mit der Hohlwelle aufweisen. So können beispielsweise die Kühlrippen im Bereich der Innenwand der Hohlwelle in Umfangsrichtung gesehen verbreitert ausgebildet sein, um mit diesem verbreiterten Bereich in flächigem Kontakt mit der Innenwand der Hohlwelle zu stehen. Wenigstens ein Teil der verbreiterten Kontaktbereiche, also eine gewisse Anzahl der verbreiterten Kontaktbereiche, kann integral miteinander ausgebildet sein, um insbesondere im Bereich des thermischen Kontaktes der beiden Bauteile (Hohlwelle und Kühlkörper) eine möglichst große, flächige Anlage zu bilden. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform können die verbreiterten Kontaktbereiche auch alle miteinander verbunden sein, um somit einen umlaufend geschlossenen Ring am radial äußeren Ende des Kühlkörpers zu bilden, welcher bevorzugt in flächigem Kontakt mit der Hohlwelle steht. Somit wird eine besonders große Oberfläche zur Wärmeabfuhr bereitgestellt, während aufgrund der offenen bzw. hohlen Struktur des Kühlkörpers dessen Gewicht möglichst gering gehalten werden kann. Die verbreiterten Kontaktbereiche bzw. der vorbezeichnete geschlossene Ring folgen bevorzugt der Kontur der Hohlwelle bzw. dessen Innenwand, um möglichst einen großflächigen Kontaktbereich bereitzustellen.
Die Kühlrippen können sich axial in der Hohlwelle erstrecken. Dabei können die Kühlrippen sich beispielsweise geradlinig längs der Längsachse der Hohlwelle erstrecken. Weist der Kühlkörper über seinen Umfang gesehen möglichst gleichmäßig verteilt derartige Kühlrippen auf, so bildet der Kühlkörper im Querschnitt eine Art Sternform aus. Es ist auch denkbar, dass sich die Kühlrippen schraubenförmig um die Längsachse der Hohlwelle erstrecken, so dass der Kühlkörper bevorzugt eine Schraubenform aufweist. Eine solche Form ist bevorzugt, um insbesondere eine automatische Förderung eines Kühlmediums durch die Hohlwelle hindurch bei Rotation der Rotorwellenanordnung zu bewirken. Je nachdem, ob der Kühlkörper als Formelement mit außenliegender Kühlstruktur (beispielsweise Kühlrippen) oder als Hohlstruktur, beispielsweise mit Durchgangsöffnungen z. B. in Schraubenform, ausgeführt ist, oder auch eine Kombination von beidem, findet eine Strömung des Kühlmedium außerhalb und/oder innerhalb des Kühlkörpers statt, so dass die Wärmeabfuhr je nach Ausgestaltung des Kühlkörpers beliebig eingestellt werden kann.
Die Ausgestaltung mit vorbezeichneten und sich radial erstreckenden Kühlrippen ist zudem eine bevorzugte Variante zur radialen Abstützung und somit Entlastung der Hohlwelle. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungsformen denkbar.
Vorzugsweise weist der Kühlkörper – wie bereits erwähnt – wenigstens eine Kühlrippe auf; dies bspw. bei Ausgestaltung dieser in Schraubenform. Bei einer Variante mit sich längs bzw. axial erstreckenden Kühlrippen weist der Kühlkörper bevorzugt wenigstens zwei und weiter bevorzugt wenigstens drei Kühlrippen auf. Die Kühlrippen sind dann bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Kühlkörpers verteilt angeordnet, um eine ebenso gleichmäßige radiale Abstützung an der Innenwand der Hohlwelle bereitzustellen. Die maximale Anzahl der Kühlrippen ist durch die Erfindung nicht beschränkt und richtet sich insbesondere nach den Dimensionen der Rotorwellenanordnung sowie herstellungs- und materialtechnisch bedingten Grenzen. Beispielsweise können bis zu 50 Kühlrippen vorgesehen sein.
Der Kühlkörper weist ferner ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement auf, von dem sich die Kühlrippen radial nach außen erstrecken. Das Wärmeleitelement erstreckt sich dabei entlang der Längsachse der Hohlwelle und ist beispielweise stabförmig ausgebildet.
Das Wärmeleitelement kann sich axial ein- oder beidseitig aus der Hohlwelle heraus erstrecken. Insbesondere kann sich das Wärmeleitelement an der der Abtriebsseite der Rotorwellenanordnung abgewandten Seite aus der Hohlwelle heraus erstrecken. Somit kann die über den Kühlkörper abgeführte Wärme sicher aus der Rotorwellenanordnung und folglich aus einem dieses aufweisenden Rotors abgeführt werden. Hierzu kann das Wärmeleitelement ferner an seinem sich aus der Hohlwelle heraus erstreckenden Ende ein Wärmeabführelement aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Strukturelement sein. Das Wärmeabführelement ist dabei insbesondere mit vergrößerter Oberfläche ausgebildet. Beispielsweise kann das Wärmeabführelement eine Scheibe oder auch ein Propeller sein. Das sich aus der Hohlwelle heraus erstreckende Ende des Wärmeleitelements – und bevorzugt dessen Wärmeabführelement – können so in einem Kühlmedium (beispielsweise Luft oder eine Kühlflüssigkeit) bereitgestellt sein, um dort effektiv die Wärme außerhalb der Rotorwellenanordnung des diesen aufweisenden Rotors abzuführen.
Das Wärmeleitelement kann eine sich axial erstreckende und axial beidseitig offene Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmediums aufweisen. Ein solches Kühlmedium könnte in diesem Fall beispielsweise eine Kühlflüssigkeit sein, welche durch das Wärmeleitelement hindurchgeführt wird, um die Wärmeabfuhr des Kühlkörpers noch zu steigern. Selbstverständlich ist auch die Durchführung von Luft als Kühlmedium denkbar. Insbesondere in diesem Fall wird die Durchgangsöffnung in dem Wärmeleitelement als zusätzliche Oberflächenvergrößerung zur Wärmeabfuhr des insgesamt durchströmten Kühlkörpers bzw. der insgesamt durchströmten Hohlwelle bereitgestellt.
Die Hohlwelle weist – vorzugsweise an ihren axial gegenüberliegenden Enden – Lagersitze auf. Diese sind vorzugsweise auf einem Bereich geringeren Durchmessers der Hohlwelle im Vergleich zu dem von ihnen axial eingeschlossenen Bereich zur Aufnahme des Kühlkörpers vorgesehen. Aufgrund der radialen thermischen Kopplung des Kühlkörpers mit der Hohlwelle erstreckt sich dieser im Wesentlichen über den gesamten Durchmesser der Hohlwelle, so dass durch den Bereich geringen Durchmessers für den Kühlkörper zusätzlich eine axiale Begrenzung, Sicherung und gegebenenfalls thermische Kopplung bereitgestellt werden kann. Insbesondere ist der Kühlkörper auf diese Weise in der Hohlwelle sicher aufgenommen.
Die Rotorwellenanordnung kann dabei als Monoblock ausgebildet sein. Dazu wird der Kühlkörper über ein axial offenes Ende der Hohlwelle in diese eingesetzt – insbesondere mit Übermaß mittels Einpressen – und anschließend wird das offene Ende umformtechnisch im Durchmesser reduziert oder auch ganz verschlossen. Alternativ ist auch eine gebaute Variante der Rotorwellenanordnung denkbar, bei der zunächst der Kühlkörper in vorbezeichneter Weise in die Hohlwelle eingesetzt (bspw. eingepresst) und dann an einem oder beiden axial gegenüberliegenden offenen Enden der Hohlwelle ein entsprechendes Zusatzelement vorgesehen wird. Dieses Zusatzelement kann beispielsweise in die axialen Öffnungen der Hohlwelle eingesetzt (bspw. eingepresst) werden. Das Zusatzelement kann bevorzugt Lagersitze aufweisen, welche sich in einer bevorzugten Ausgestaltungsform axial nach außen erstrecken. Auch eine Kombination der Monoblock-Variante mit der gebauten Variante ist grundsätzlich denkbar, wobei beispielsweise nach dem Einsetzen des Kühlkörpers auf den reduzierten Enden der Hohlwelle die Zusatzelemente vorgesehen werden können.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Rotor für einen Elektromotor mit der erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung sowie einen auf der Rotorwellenanordnung bzw. dessen Hohlwelle aufgenommenen Rotorkörper. Dieser Rotorkörper kann beispielsweise ein Rotorpaket sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Elektromotor – wie beispielsweise eine Asynchronmaschine – mit einem erfindungsgemäßen Rotor sowie einem den Rotor umgebenen Stator. Das sich axial aus der Hohlwelle heraus erstreckende Wärmeleitelement, soweit es vorhanden ist, kann sich bevorzugt mit seinem Wärmeabführelement in ein Kühlmedium, wie Luft oder Kühlflüssigkeit, erstrecken.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwellenanordnung für einen Rotor eines Elektromotors. Eine solche Rotorwellenanordnung entspricht bevorzugt der erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf:

• Bereitstellen einer Hohlwelle zur Aufnahme eines Rotorkörpers,
• Bereitstellen eines Kühlkörpers, und
• Anordnen des Kühlkörpers in der Hohlwelle über ein axial offenes Ende der Hohlwelle, so dass der Kühlkörper radial mit der Hohlwelle in thermischem Kontakt steht, wobei der Kühlkörper derart axial durchgehend offen ausgebildet ist – also eine axial durchgehend offene Struktur aufweist –, dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle axial durch den Kühlkörper hindurch strömen kann, wobei die offene Struktur durch definierte Kanäle gebildet ist, wobei der Kühlkörper radial sich erstreckende Kühlrippen aufweist, wobei der Kühlkörper ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement aufweist, von dem sich die Kühlrippen radial nach außen erstrecken, und wobei das Wärmeleitelement sich entlang der Längsachse der Hohlwelle erstreckt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache Weise eine Rotorwellenanordnung mit effektiver Wärmeableitung der im Betrieb entstehenden Wärme des die Rotorwellenanordnung aufweisenden Bauteils (bspw. Elektromotor) bereitgestellt werden, welche zudem den hohen Anforderungen an hochdrehende Motoren gerecht wird.
Zum Anordnen des Kühlkörpers in der Hohlwelle wird der Kühlkörper bevorzugt axial in die Hohlwelle eingeführt und insbesondere in diese eingepresst. Dabei können insbesondere die korrespondierenden Strukturelemente des Kühlkörpers einerseits und der Hohlwelle andererseits miteinander in Wirkkontakt gebracht werden, um eine entsprechende Aufnahme und Sicherung des Kühlkörpers in der Hohlwelle zu erzielen.
Die Hohlwelle kann nach dem Anordnen des Kühlkörpers in der Hohlwelle wenigstens an ihrem der Einführung des Kühlkörpers dienenden, axial offenen Ende umgeformt werden. Insbesondere kann diese Umformung eine Reduzierung sein; also der Durchmesser der Hohlwelle in diesem Bereich reduziert werden, um einen Bereich verringerten Durchmessers zu erhalten, der beispielsweise ein Lagersitz aufweisen kann.
Es ist auch denkbar, nach dem Anordnen des Kühlkörpers in der Hohlwelle an einem oder beiden axial offenen Enden der Hohlwelle ein vorbezeichnetes Zusatzelement vorzusehen, welches ebenfalls einen Lagersitz aufweisen kann. Ein solches Zusatzelement kann dabei in einen nicht-umgeformten oder umgeformten (bspw. reduzierten) Endbereich einer Hohlwelle eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine gebaute Variante einer erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung bereitgestellt werden, welche insbesondere einen einfachen Montageprozess ermöglicht, in den zusätzlich das Einführen des Kühlkörpers in einfacher Weise integriert werden kann.
Die Hohlwelle und/oder der Kühlkörper können durch einen Umformprozess, wie beispielsweise Schmieden, oder einen Urformprozess, wie beispielsweise Gießen, oder auch ein zerspanendes Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Fräsen oder Bohren, hergestellt werden. Auch eine Kombination der vorbezeichneten Fertigungsverfahren ist dabei denkbar. Beispielsweise kann der Kühlkörper als gegossenes oder geschmiedetes (Aluminium-)Bauteil, als die Hohlstruktur zerspanend hergestelltes Bauteil und/oder als generativ gefertigtes Bauteil mit Hohlstruktur hergestellt werden.
Weitere Ausgestaltungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Ausführungsbeispiele auf Basis der Figuren der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Schnittansicht eines Rotors mit Rotorwellenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 den Rotor gemäß 1 ohne Kühlkörper,
3 eine perspektivische Schnittansicht einer Rotorwellenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
4 die Hohlwelle aus 3, und
5 den Kühlkörper aus 3 in nicht-geschnittener Darstellung.
Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche Merkmale.
Die Rotorwellenanordnung 1 ist beispielsweise eine solche für einen Rotor R, wie er in 1 dargestellt ist und beispielsweise für einen Elektromotor eingesetzt werden kann.
Die Rotorwellenanordnung 1 weist zum einen eine Hohlwelle 2 zur (äußeren) Aufnahme eines Rotorkörpers K auf. Der Rotorkörper K ist dabei bevorzugt auf die Hohlwelle 2 derart aufgesetzt, dass diese drehfest miteinander verbunden sind.
Die Hohlwelle 2 ist bevorzugt aus Stahl hergestellt, wobei jedoch auch andere Materialien denkbar sind. Beispielsweise kann die Hohlwelle 2 durch einen Urformprozess, wie beispielsweise Gießen, oder auch einen entsprechenden Umformprozess, wie beispielsweise Schmieden, hergestellt sein. Auch andere Fertigungsverfahren sind denkbar.
An einem axialen Ende 20 weist die Hohlwelle 2 bevorzugt einen Aufnahmebereich 200 zum Anschluss einer Abtriebswelle auf. Dieser Aufnahmebereich 200 ist in 1 als Steckverzahnung ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist zudem die Hohlwelle 2 an ihrem Abtriebsende 20 einen Lagersitz 201 auf, welcher hier beispielhaft in einem Bereich geringeren Durchmessers der Hohlwelle 2 vorgesehen ist.
In vergleichbarer Weise kann die Hohlwelle 2 an ihrem anderen – hier gegenüberliegenden – axialen Ende 21 ebenso einen Lagersitz 211 bevorzugt in einem Bereich geringeren Durchmessers aufweisen.
Des Weiteren weist die Rotorwellenanordnung 1 einen in der Hohlwelle 2 angeordneten Kühlkörper 3 auf. Dieser Kühlkörper 3 steht, wie in den 1 und 3 zu erkennen ist, radial mit der Hohlwelle 2 in thermischem Kontakt. Dieser thermische Kontakt wird insbesondere durch direkten physischen Kontakt zwischen Hohlwelle 2 und Kühlkörper 3 erzielt. Dabei ist der Kühlkörper 3 bevorzugt kraftschlüssig mit der Hohlwelle 2 verbunden, indem der Kühlkörper 3 vorzugsweise in die Hohlwelle 2 eingepresst ist. Auf diese Weise kann sich der Kühlkörper 3 radial an der Innenwand 22 der Hohlwelle 2 abstützten. Auf diese Weise kann eine auf die Hohlwelle 2 wirkende radiale Kraft – beispielsweise von dem Rotorkörper K – auf den Kühlkörper 3 übertragen werden, so dass die Hohlwelle 2 insgesamt mit einer geringeren Wandstärke ausgebildet werden kann, was wiederum zu einer Gewichtsreduktion der Rotorwellenanordnung 1 führt.
Insbesondere sollte der Kühlkörper 3 drehfest mit der Hohlwelle 2 verbunden, also in dieser angeordnet sein.
Um eine möglichst effektive Wärmeabfuhr über den Kühlkörper 3 zu ermöglichen, ist der Kühlkörper 3 bevorzugt aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Insbesondere kann der Kühlkörper aus Aluminium oder Kupfer hergestellt sein. Der Kühlkörper kann dabei ebenso durch einen Umformprozess und/oder Urformprozess und/oder ein zerspanendes Fertigungsverfahren oder auch eine Kombination dieser oder anderer Fertigungsverfahren (bspw. generative Fertigungsverfahren) hergestellt sein. Beispielsweise kann der Kühlkörper 3 als Aluminium-Gussteil oder geschmiedetes Aluminiumbauteil bereitgestellt sein.
Um eine hohe Wärmeabführung zu ermöglichen, weist der Kühlkörper 3 eine axial durchgehend offene Struktur S auf, so dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle 2 und vorzugsweise die Hohlwelle 2 durchströmend axial durch den Kühlkörper 3 hindurch strömen kann. Mit anderen Worten ist der Kühlkörper 3 durchgehend offen ausgebildet, um eine möglichst große Fläche zur Wärmeabfuhr bereitzustellen, welche durch ein den Kühlkörper 3 komplett durchströmendes Kühlmedium gefördert wird. Durch die offene Struktur S des Kühlkörpers 3 kann ein kontinuierlicher Durchfluss eines Kühlmediums erreicht werden, was eine effektive Kühlung der Bauteile zur Folge hat. Auch wenn grundsätzlich jedes Kühlmedium – auch flüssige Kühlmedien – denkbar sind, so wird bevorzugt Luft als Kühlmedium eingesetzt. Folglich kann auch die im Betrieb bewegte Masse reduziert werden, während gleichzeitig ein leicht verfügbares Kühlmedium in einfacher Weise bereitgestellt werden kann.
Das Kühlmedium kann beispielsweise über die axial beidseitig offenen Endbereiche 20, 21 der Hohlwelle 2 durch diese hindurchgeführt werden. Auch eine Ein- und/oder Abführung über andere Bereiche der Hohlwelle 2 ist grundsätzlich denkbar. So könnten beispielsweise entsprechende (radiale) Kanäle in die Wand der Hohlwelle 2 eingebracht werden, um ein bestimmtes Kühlmedium durch diese und durch den Kühlkörper 3 hindurch strömen zu lassen.
Die offene Struktur S kann durch definierte Kanäle, wie Durchgangsöffnungen, oder auch eine Netzwerkstruktur, oder eine Kombination der beiden bereitgestellt sein. Insbesondere ist es zur effektiven Wärmeabfuhr vorteilhaft, wenn die Struktur S eine möglichst große Oberfläche bereitstellt, an der das Kühlmedium vorbeiströmen kann, während es die Hohlwelle 2 und insbesondere den Kühlkörper 3 durchströmt.
Wie in insbesondere der 4 zu entnehmen ist, kann die Hohlwelle 2 wenigstens in bzw. an ihrer dem Kühlkörper 3 zugewandten Innenwand 22 Strukturelemente 220 aufweisen. Diese Strukturelemente 220 können, wie in 4 dargestellt, als Nuten oder auch als Rippen oder eine Kombination der beiden ausgebildet sein. Diese Strukturelemente 220 wiederum stehen, wie in 3 im unteren Bereich der dargestellte Rotorwellenanordnung 1 ersichtlich, mit korrespondierenden radial äußeren Bereichen 32 des Kühlkörpers 3 in Kontakt. Diese radial äußeren Bereiche 32 sind dabei, wie beispielsweise in 5 gezeigt, ebenso als Strukturelemente 320 ausgebildet. Die korrespondierenden Strukturelemente 220, 320 sind dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass sie formschlüssig miteinander verbunden sind, wenn der Kühlkörper 3 in der Hohlwelle 2 aufgenommen und bevorzugt eingepresst ist. Hierdurch kann auch eine drehfeste Verbindung zwischen Hohlwelle 2 und Kühlkörper 3 verbessert werden.
Wie den 1, 3 und 5 zu entnehmen ist, kann der Kühlkörper 3 radial sich erstreckende Kühlrippen 30 aufweisen. Kühlrippen 30 weisen aufgrund ihrer meist flächigen Ausgestaltung eine große Oberfläche auf, welche zu einer effektiven Wärmeabfuhr genutzt werden kann.
Wie insbesondere in 5 gezeigt, können die Kühlrippen 30 an ihrem der Hohlwelle 2 zugewandten radialen Ende 32 einen verbreiterten Kontaktbereich 320 zum thermischen Kontakt mit der Hohlwelle 2 aufweisen. Diese Kontaktbereiche 320 sind bevorzugt in Form der vorbezeichneten Strukturelement 320 ausgebildet, um mit entsprechen korrespondierenden Strukturelementen 220 der Hohlwelle 2 bevorzugt formschlüssig verbunden werden zu können. Insgesamt führt eine verbreiterte Ausgestaltung der Kühlrippenenden durch die verbreiterten Kontaktbereiche 320 zu einem besonders effektiven Wärmetransport von der Hohlwelle 2 auf den Kühlkörper 3 wo die Wärme wiederum aufgrund der offenen Struktur S effektiv abgeführt werden kann.
Wie in den Figuren nicht dargestellt, können die verbreiterten Kontaktebereiche 320 auch wenigstens zum Teil integral miteinander ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Kühlkörper 3 einerseits und Hohlwelle 2 andererseits bereitgestellt werden, wenn diese bevorzugt in vollflächigen Kontakt miteinander stehen. Besonders bevorzugt können die verbreiterten Kontaktbereiche 320, sofern sie alle miteinander verbunden sind, als umlaufend geschlossener (Kontakt-)Ring ausgebildet sein, um eine maximale flächige Anlage des Kühlkörpers 3 zu der Hohlwelle 2 auszubilden. Auch bildet die Innenseite einer solchen Ringstruktur eine weitere Oberfläche zu der offenen Struktur S hin, was wiederum die Wärmeabfuhr effektiv fördert.
Wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, können sich die Kühlrippen 30 axial in der Hohlwelle 2 erstrecken. Eine solche axiale Erstreckung kann, wie in 1, 3 und 5 dargestellt, eine Erstreckung geradlinig längs der Längsachse L der Hohlwelle 2 sein. Der Kühlkörper 3 weist dann, wie in 5 gezeigt, im Querschnitt eine Sternform auf. Diese zeichnet sich insbesondere durch eine große Oberfläche bei geringem Materialeinsatz und somit geringem Gewicht aus.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die axiale Erstreckung der Kühlrippen 30 durch eine schraubenförmige Erstreckung der Kühlrippen 30 um die Längsachse L der Hohlwelle 2 herum ausgebildet ist. Ein derart ausgebildeter Kühlkörper 3 weist dann bevorzugt eine Schraubenform auf, welche gegebenenfalls durch einen umlaufenden Kontaktring, wie zuvor beschrieben, umgeben sein kann. Eine solche Schraubenform hat insbesondere den Vorteil, dass bei einer Rotationsbewegung der Rotorwellenanordnung 1 um die Längsachse L bzw. eine Rotationsachse des Rotors R im Betrieb diese Schraubenform zur aktiven Förderung des zur Wärmeabfuhr erforderlichen Kühlmediums durch die Hohlwelle 2 und folglich den Kühlkörper 3 hindurch genutzt werden kann.
Grundsätzlich sind selbstverständlich auch alle anderen Ausgestaltungsformen und Erstreckungsrichtungen von Kühlrippen 30 denkbar. Auch können beispielsweise mehrere, axial beabstandete Kühlrippengruppen bereitgestellt sein, welche jeweils für sich propellerartig ausgebildet sind und folglich eine weiter verbesserte Förderung eines Kühlmediums durch die Hohlwelle 2 und den Kühlkörper 3 hindurch ermöglichen.
Der in 5 gezeigte Kühlkörper 3 weist insgesamt sechs Kühlrippen 30 auf, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. So können beispielsweise auch nur eine Kühlrippe 30 (bspw. bei einer Ausgestaltung in Schraubenform) oder auch mehr Kühlrippen 30 – bspw. bis zu 50 Kühlrippen 30 – vorgesehen sein. Erstrecken sich die Kühlrippen 30 beispielsweise, wie in 5 dargestellt, längs bzw. axial, so weist der Kühlkörper 3 bevorzugt wenigstens zwei und weiter bevorzugt wenigstens drei Kühlrippen 30 auf. Die mehreren Kühlrippen 30 sind dann bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des Kühlkörpers 3 verteilt angeordnet, um eine gleichmäßige radiale Abstützung an der Innenwand 22 der Hohlwelle 2 bereitzustellen.
Der Kühlkörper 3 kann ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement 31 aufweisen. Von diesem Wärmeleitelement 31 können sich, wie in den Figuren dargestellt, die Kühlrippen 30 radial nach außen erstrecken. Das Wärmeleitelement 31 kann sich bevorzugt entlang der Längsachse L der Hohlwelle 2 erstrecken. Das Wärmeleitelement 31 bildet folglich einen Aufnahmebereich für bevorzugt rotationssymmetrisch angeordnete und sich von diesem erstreckende Kühlelemente, wie beispielsweise die hier dargestellten Kühlrippen 30.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform erstreckt sich das Wärmeleitelement 31 axial einseitig (vergleiche 1 und 3) oder auch beidseitig (nicht dargestellt) aus der Hohlwelle 2 heraus. Auf diese Weise kann die über den Kühlkörper 3 abgeführte Wärme sicher aus der Rotorwellenanordnung 1 abgeführt werden. An seinem sich aus der Hohlwelle 2 heraus erstreckenden Ende 310 kann das Wärmeleitelement 31 ferner ein hier nicht dargestelltes Wärmeabführelement aufweisen. Dieses Wärmeabführelement kann beispielsweise als Formelement ausgebildet sein. Insbesondere zeichnet sich das Wärmeabführelement durch eine vergrößerte Oberfläche in Vergleich zum Querschnitt des Wärmeleitelements 31 aus. Das Wärmeabführelement kann beispielsweise als Scheibe und besonders bevorzugt als Propeller ausgebildet sein, um eine möglichst effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Das Wärmeabführelement kann dabei innerhalb eines Bereiches mit Kühlmedium vorgesehen sein. Das Kühlmedium kann eine Flüssigkeit sein; oder bevorzugt auch Luft.
Wie in den Ausführungsformen der Figuren nicht dargestellt, kann das Wärmeleitelement 31 eine sich axial erstreckende und axial beidseitig offene Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmediums aufweisen. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich dabei ebenfalls bevorzugt entlang der Längsachse L der Hohlwelle 2. Diese Durchgangsöffnung kann beispielsweise zum Durchführen eines flüssigen Kühlmediums dienen. Auch ist es denkbar, dass diese Durchgangsöffnung zur zusätzlichen Vergrößerung der Oberfläche des Kühlkörpers 3 und somit einer gesteigerten Wärmeabfuhr dient.
Es wurde bereits erwähnt, dass die Hohlwelle 2 bevorzugt an ihren axial gegenüberliegenden Enden 20, 21 Lagersitze 201, 211 aufweist. Diese sind bevorzugt auf einem Bereich geringeren Durchmessers der Hohlwelle 2 vorgesehen; dies insbesondere im Vergleich zu dem von ihnen axial eingeschlossenen Bereich zur Aufnahme des Kühlkörpers 3 in der Hohlwelle 2.
Wie in 1 dargestellt, bildet die Rotorwellenanordnung 1 zusammen mit einem auf dieser bzw. dessen Hohlwelle 2 aufgenommen Rotorkörper K einen erfindungsgemäßen Rotor R. Dieser Rotor R wiederum bildet mit einem diesen umgebenden Stator (nicht gezeigt) einen erfindungsgemäßen Elektromotor. Dieser kann dann üblicherweise entsprechend angeordnet und ausgeführt werden, um entsprechend betrieben zu werden und das erzeugte Drehmoment abzuführen. Das Drehmoment kann dabei beispielsweise über eine an der Abtriebsseite 200 angeordnete Abtriebswelle erfolgen.
Das sich axial aus der Hohlwelle 2 heraus erstreckende Wärmeleitelement 31 eines entsprechenden Elektromotors kann sich – bevorzugt mit seinem Wärmeabführelement – in ein Kühlmedium, wie beispielsweise Luft oder Kühlflüssigkeit, erstrecken, um eine möglichst effektive Wärmeabfuhr für den Elektromotor bereitzustellen. Da insbesondere eine sehr hohe Wärmeabfuhr bereits mit Luft als Kühlmedium erzielt werden kann, sorgt die vorliegende Erfindung für eine höchst effektive Wärmeabfuhr bei gleichzeitig geringer bewegter Masse und insbesondere einer besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung und Montage.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwellenanordnung 1 für einen Rotor R eines Elektromotors dargestellt.
In einem ersten Schritt wird eine Hohlwelle 2 zur Aufnahme eines Rotorkörpers K bereitgestellt. Ein solcher Rotorkörper K kann beispielsweise ein Rotorpaket sein. Die Hohlwelle 2 kann auf beliebige Weise hergestellt sein und ist insbesondere aus Stahl bereitgestellt. Die Hohlwelle 2 kann beispielsweise mittels eines Umform- oder Urformprozesses oder auch eines zerspanenden Fertigungsverfahrens sowie auch mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt werden. Auch eine beliebige Kombination dieser oder anderer Fertigungsverfahren ist denkbar.
In einem zweiten Schritt wird ein Kühlkörper 3 bereitgestellt, wie er beispielhaft auch in 5 gezeigt ist. Dieser Kühlkörper 3 ist bevorzugt aus einem hochwärmeleitenden Material – wie beispielsweise Aluminium – hergestellt. Als Fertigungsverfahren kommen auch hier beispielsweise Umformverfahren, Urformverfahren oder auch zerspanende oder generative Fertigungsverfahren oder eine beliebige Kombination derselben infrage.
In einem weiteren Schritt wird der Kühlkörper 3 in der Hohlwelle 2 über ein axial offenes Ende 21 der Hohlwelle 2 angeordnet, so dass der Kühlkörper 3 radial mit der Hohlwelle 2 in thermischen Kontakt steht. Insbesondere kann der Kühlkörper 3 hierzu axial in die Hohlwelle 2 eingeführt und bevorzugt in die Hohlwelle 2 eingepresst werden. Auf diese Weise kann der Kühlkörper 3 auch eine radiale Stützwirkung für die Hohlwelle 2 bereitstellen, welche folglich beispielsweise mit einer geringeren Wandstärke bereitgestellt werden kann. Der Kühlkörper 3 weist dabei eine axial durchgehend offene Struktur S derart auf, dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle 2 axial durch den Kühlkörper 3 hindurch strömen kann. Die Kombination der Bereitstellung einer großen Oberfläche bei insgesamt einfacher bzw. einfach herzustellender Bauteilgeometrie sorgt für eine einfache Bereitstellung einer hocheffektiv wärmeabführenden Kühlkonstruktion der erfindungsgemäßen Rotorwellenanordnung 1 für einen Rotor R eines Elektromotors.
Wie zuvor bereits beschrieben, wird der Kühlkörper 3 über ein axial offenes Ende 21 der Hohlwelle 2 in letzterer angeordnet. Nach dem entsprechenden Anordnen des Kühlkörpers 3 in der Hohlwelle 2 kann die Hohlwelle 2 wenigstens an ihrem der Einführung des Kühlkörpers 3 dienenden, axial offenen Ende 21 umgeformt und insbesondere reduziert werden, um vorzugsweise einen Bereich verringerten Durchmessers zu bilden. Dieser kann dann beispielsweise, wie in den 1 bis 4 dargestellt, als Lagersitz 211 dienen. Ferner kann der Bereich verringerten Durchmessers auch zur axialen Versperrung bzw. Fixierung des Kühlkörpers 3 in der Hohlwelle 2 dienen.
Die Rotorwellenanordnung 1 kann auch (zusätzlich) als gebaute Variante bereitgestellt werden. Dabei wird, nach dem Anordnen des Kühlkörpers 3 in der Hohlwelle 2 an dem einen oder beiden axial offenen Enden 20, 21 der Hohlwelle 2 ein Zusatzelement vorgesehen. Dieses wird bevorzugt in die Hohlwelle 2 eingepresst, um die offenen Enden wenigstens teilweise zu verschließen. Das entsprechende Zusatzelement kann dabei beispielsweise ebenfalls die Lagersitze 201, 211 aufweisen. Ferner kann das Zusatzelement die Strukturelemente 200 zur Abnahme des mittels der Rotorwellenanordnung 1 bereitgestellten Drehmomentes aufweisen. Ebenso kann eines oder beide der Zusatzelemente eine Öffnung aufweisen, über die sich das Wärmeleitelement 31 axial aus der Hohlwelle 2 heraus erstrecken kann, um zur Wärmeabfuhr nach außen bereitzustehen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sofern sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche erfasst ist. Insbesondere kann der Kühlkörper 3 in beliebiger Weise geometrisch ausgebildet werden, sofern er thermisch mit der Hohlwelle 2 gekoppelt und durchgehend offen ausgebildet ist, um ein Kühlmedium durch diesen hindurch strömen zu lassen, um wiederum eine entsprechend effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Im Übrigen kann die vorbeschriebene Rotorwellenanordnung 1 grundsätzlich für jede Wellenart eingesetzt werden, die insbesondere eine Wärmeabfuhr von im Betrieb entstehender Wärme erfordert.

Claims

Rotorwellenanordnung (1) für einen Rotor (R) eines Elektromotors, aufweisend: eine Hohlwelle (2) zur Aufnahme eines Rotorkörpers (K), und ein in der Hohlwelle (2) angeordneter Kühlkörper (3), welcher radial mit der Hohlwelle (2) in thermischem Kontakt steht und eine axial durchgehend offene Struktur (S) aufweist, so dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle (2) axial durch den Kühlkörper (3) hindurch strömen kann, wobei die offene Struktur (S) durch definierte Kanäle gebildet ist, wobei der Kühlkörper (3) radial sich erstreckende Kühlrippen (30) aufweist, wobei der Kühlkörper (3) ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement (31) aufweist, von dem sich die Kühlrippen (30) radial nach außen erstrecken, und wobei das Wärmeleitelement (31) sich entlang der Längsachse (L) der Hohlwelle (2) erstreckt.
Rotorwellenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper (3) und die Hohlwelle (2) kraftschlüssig miteinander verbunden sind, vorzugsweise der Kühlkörper (3) in die Hohlwelle (2) eingepresst ist, sodass sich der Kühlkörper (3) radial an der Innenwand (22) der Hohlwelle (2) abzustützen.
Rotorwellenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die definierten Kanäle Durchgangsöffnungen sind.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlwelle (2) wenigstens in/an ihrer dem Kühlkörper (3) zugewandten Innenwand (22) Strukturelemente (220), insbesondere Nuten oder Rippen, aufweist, welche mit korrespondierenden radial äußeren Bereichen (32), insbesondere Strukturelementen (320), des Kühlkörpers (3) in Kontakt stehen, vorzugsweise formschlüssig verbunden sind.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (3) derart ausgebildet ist, um durch dessen durchgehend offene Struktur (S) bei Rotation der Hohlwelle (2) das Kühlmedium axial zu fördern.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (3) wenigstens eine, vorzugsweise wenigstens drei Kühlrippen (30) aufweist.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlrippen (30) an ihrem der Hohlwelle (2) zugewandten radialen Ende (32) einen verbreiterten Kontaktbereich (320) zum thermischen Kontakt mit der Hohlwelle (2) aufweisen, wobei wenigstens ein Teil der verbreiterten Kontaktbereiche (32) integral miteinander ausgebildet sind, vorzugsweise als umlaufend geschlossener Ring, und vorzugsweise in flächigem Kontakt mit der Hohlwelle (2) stehen.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlrippen (30) sich axial in der Hohlwelle (2) erstrecken, insbesondere geradlinig längs der Längsachse (L) oder schraubenförmig um die Längsachse (L) der Hohlwelle (2), wobei der Kühlkörper (3) vorzugsweise eine Stern- oder Schraubenform aufweist.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Wärmeleitelement (31) axial ein- oder beidseitig aus der Hohlwelle (2) heraus erstreckt, und wobei das Wärmeleitelement (31) an seinem sich aus der Hohlwelle (2) heraus erstreckenden Ende (310) vorzugsweise ein Wärmeabführelement aufweist, insbesondere mit vergrößerter Oberfläche, wie beispielsweise einen Propeller oder eine Scheibe.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (31) eine sich axial erstreckende und axial beidseitig offene Durchgangsöffnung zum Durchleiten eines Kühlmediums aufweist.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (3) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie insbesondere Aluminium oder Kupfer, hergestellt ist.
Rotorwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlwelle (2) vorzugsweise an ihren axial gegenüberliegenden Enden (20, 21) Lagersitze (201, 211) aufweist, welche bevorzugt auf einem Bereich geringeren Durchmessers der Hohlwelle (2) im Vergleich zu dem von ihnen axial eingeschlossenen Bereich zur Aufnahme des Kühlkörpers (3) vorgesehen sind.
Rotor (R) für einen Elektromotor, aufweisend eine Rotorwellenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche sowie einen auf der Rotorwellenanordnung (1) bzw. dessen Hohlwelle (2) aufgenommenen Rotorkörper (K).
Elektromotor aufweisend einen Rotor (R) gemäß Anspruch 13 sowie einen den Rotor (R) umgebenden Stator.
Elektromotor nach Anspruch 14, wobei sich das axial aus der Hohlwelle (2) heraus erstreckende Wärmeleitelement (31) vorzugsweise mit seinem Wärmeabführelement in ein Kühlmedium, wie Luft oder Kühlflüssigkeit, erstreckt.
Verfahren zur Herstellung einer Rotorwellenanordnung (1) für einen Rotor (R) eines Elektromotors, aufweisend die folgenden Schritte: • Bereitstellen einer Hohlwelle (2) zur Aufnahme eines Rotorkörpers (K), • Bereitstellen eines Kühlkörpers (3), und • Anordnen des Kühlkörpers (3) in der Hohlwelle (2) über ein axial offenes Ende (21) der Hohlwelle (2), so dass der Kühlkörper (3) radial mit der Hohlwelle (2) in thermischem Kontakt steht, wobei der Kühlkörper (3) eine axial durchgehend offene Struktur (S) aufweist, so dass ein Kühlmedium in der Hohlwelle (2) axial durch den Kühlkörper (3) hindurch strömen kann wobei die offene Struktur (S) durch definierte Kanäle gebildet ist, wobei der Kühlkörper (3) radial sich erstreckende Kühlrippen (30) aufweist, wobei der Kühlkörper (3) ein sich axial erstreckendes Wärmeleitelement (31) aufweist, von dem sich die Kühlrippen (30) radial nach außen erstrecken, und wobei das Wärmeleitelement (31) sich entlang der Längsachse (L) der Hohlwelle (2) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Kühlkörper (3) axial in die Hohlwelle (2) eingeführt, vorzugsweise eingepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Hohlwelle (2) nach dem Anordnen des Kühlkörpers (3) in der Hohlwelle (2) wenigstens an ihrem der Einführung des Kühlkörpers (3) dienenden, axial offenen Ende (21) umgeformt, insbesondere reduziert, wird, um vorzugsweise einen Bereich verringerten Durchmessers, wie beispielsweise einen Lagersitz (211), zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei nach dem Anordnen des Kühlkörpers (3) in der Hohlwelle (2) an einem oder beiden axial offenen Enden (20, 21) der Hohlwelle (2) ein Zusatzelement vorgesehen wird, wobei das Zusatzelement vorzugsweise jeweils einen Lagersitz (201, 211) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Hohlwelle (2) und der Kühlkörper (3) durch einen Umformprozess, wie beispielsweise Schmieden, oder einen Urformprozess, wie beispielsweise Gießen, oder ein zerspanendes Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Bohren oder Fräsen, oder ein generatives Fertigungsverfahren, oder eine beliebige Kombination dieser Fertigungsverfahren hergestellt werden.