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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und Rotor für eine elektrische Maschine.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2014 019 217 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Stanzpaketieren eines Blechpaketes für einen Rotor einer elektrischen Maschine bekannt. Jeweilige Blechsegmente werden mittels eines Stanzwerkzeugs mit wenigstens einer Magnetaufnahme für wenigstens einen Magneten der elektrischen Maschine versehen, in axialer Richtung des Blechpakets aufeinander folgend zu dem Blechpaket gestapelt und miteinander verbunden. Nach dem Versehen eines ersten der Blechsegmente mit der Magnetaufnahme wird eine Relativdrehung zwischen dem ersten Blechsegment und dem Stanzwerkzeug durchgeführt, sodass durch die in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Magnetaufnahmen der Blechsegmente eine Magnettasche für den Magneten gebildet wird, welche entlang einer Helix in sich tordiert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine und einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Rotor für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einem Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine wird ein auf einer Rotorwelle anzuordnendes Rotorsegmentpaket mit einem Innenmantel erzeugt, der in Axialrichtung eine konische Form und eine Mehrzahl von über den Innenmantel verteilten und sich jeweils in Axialrichtung erstreckenden flachen Innenmantelabschnitten aufweist, indem mittels eines ersten Stanzwerkzeugs, welches eine Mehrzahl von Kreissegmentabschnitten und eine dazu korrespondierende erste Matrize aufweist, die konische Form des Innenmantels erzeugt wird, indem die Kreissegmentabschnitte im Verlauf mehrerer nacheinander zu stanzender Rotorsegmente des Rotorsegmentpakets zunehmend aufeinander zu bewegt oder zunehmend voneinander weg bewegt werden, und anschließend aufgrund eines jeweiligen Zwischenraums zwischen jeweils zwei Kreissegmentabschnitten an den Rotorsegmenten verbliebene Stege mittels eines zweiten Stanzwerkzeugs mit einer Anzahl von Rechteckstanzformen, die der Anzahl der Stege entspricht, und einer korrespondierenden zweiten Matrize ausgestanzt werden, wobei die Rechteckstanzformen im Verlauf mehrerer nacheinander zu stanzender Rotorsegmente des Rotorsegmentpakets korrespondierend zur vorherigen Bewegung der Kreissegmentabschnitte, zunehmend aufeinander zu bewegt oder zunehmend voneinander weg bewegt werden, wodurch die flachen Innenmantelabschnitte erzeugt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung kann das Rotorsegmentpaket, welches beispielsweise als Rotorblechpaket ausgebildet ist, auf einfache Weise und durch einen Formschluss drehgesichert auf die Rotorwelle aufgebracht werden, die einen Außenmantel eines Rotorsegmentanordnungsbereichs aufweist, der korrespondierend zum Innenmantel des Rotorsegmentpakets ausgebildet ist. Vorteilhafterweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens das Rotorsegmentpaket in einer auch bisher bereits hierfür genutzten Vorrichtung hergestellt werden und insbesondere auch direkt als Stanzpaketierung hergestellt werden.
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Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine Kaltmontage der Rotorsegmente und damit des Rotorsegmentpakets auf der Rotorwelle mit hoher bis sehr hoher Überdeckung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine erste perspektivische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine,
- 2 schematisch eine zweite perspektivische Darstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine,
- 3 schematisch eine perspektivische Schnittdarstellung des Rotors aus den 1 und 2,
- 4 schematisch eine Schnittdarstellung des Rotors aus den 1 bis 3,
- 5 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Rotorsegments des Rotors aus den 1 bis 4,
- 6 schematisch das Rotorsegment aus 5 in Draufsicht,
- 7 schematisch eine Querschnittdarstellung des Rotorsegments aus den 5 und 6,
- 8 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Herstellungsschritts zur Herstellung eines Außenmantels eines Rotorsegmentanordnungsbereichs einer Rotorwelle des Rotors aus den 1 bis 4,
- 9 schematisch eine Stirnseitendraufsicht des Herstellungsschritts zur Herstellung des Außenmantels des Rotorsegmentanordnungsbereichs der Rotorwelle des Rotors aus den 1 bis 4,
- 10 schematisch die Rotorwelle des Rotors aus den 1 bis 4,
- 11 schematisch ein erster Herstellungsschritts zur Herstellung eines Innenmantels eines Rotorsegmentpakets des Rotors aus den 1 bis 4, und
- 12 schematisch ein zweiter Herstellungsschritts zur Herstellung eines Innenmantels eines Rotorsegmentpakets des Rotors aus den 1 bis 4.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 12 zeigen einen Rotor 1 für eine elektrische Maschine und dessen Herstellung. Dabei zeigen die 1 bis 4 den Rotor 1 in verschiedenen Ansichten, die 5 bis 7 ein Rotorsegment 2 eines Rotorsegmentpakets 3 des Rotors 1 in verschiedenen Ansichten, die 8 und 9 einen Herstellungsschritt zur Herstellung eines Außenmantels 4 eines Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 einer Rotorwelle 6 des Rotors 1 in verschiedenen Ansichten, die 10 die Rotorwelle 6 und die 11 und 12 Herstellungsschritte zur Herstellung eines Innenmantels 7 des Rotorsegmentpakets 3. Die Rotorsegmente 2 sind beispielsweise aus einem oder mehreren Rotorblechen ausgebildet, so dass das Rotorsegmentpaket 3 als ein Rotorblechpaket ausgebildet ist, wobei bereits die einzelnen Rotorsegmente 2 jeweils als Rotorblechpakete aus mehreren Rotorblechen ausgebildet sein können.
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Die den Rotor 1 umfassende elektrische Maschine ist beispielsweise für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorgesehen. An derartige elektrische Antriebsstränge, insbesondere in Fahrzeugen, werden sehr hohe Anforderungen an ein Drehmoment, insbesondere an ein Dauerdrehmoment, und an eine Leistungsdichte, insbesondere an eine Dauerleistungsdichte, bei einem gleichzeitig hohen Wirkungsgrad gestellt. Neben einer optimierten Auslegung von Blechschnitt und Wicklung spielt eine Kühlung eine zentrale Rolle. Eine Maximaldrehzahl ist eine entscheidende Stellgröße für die Drehmoment- und Leistungsdichte.
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Im Folgenden wird eine Herstellung eines Rotors 1 beschrieben, durch welchen die elektrische Maschine diese Anforderungen erfüllt. Insbesondere wird hierzu eine neuartige Art und Weise der Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung zwischen Rotorwelle 6 und Rotorsegmentpaket 3 beschrieben, durch welche eine ausschließliche Montage bei Raumtemperatur mit kraft- oder weggesteuerten Verfahren ermöglicht wird. Dadurch können sehr teure und aufwändige Prozessschritte wie Ofenstraßen, induktive Erwärmung oder Abkühlen der Rotorwelle 6 mittels flüssigem Stickstoff entfallen. Auf diese Weise wird ein hoher Kostenvorteil erreicht.
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Der in den 1 bis 4 dargestellte Rotor 1 umfasst die Rotorwelle 6 und das darauf angeordnete Rotorsegmentpaket 3 mit einer Mehrzahl von Rotorsegmenten 2. Im Rotorsegmentpaket 3 sind Magnettaschen 8 zur Aufnahme von Permanentmagneten vorgesehen.
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Um einen festen Sitz des Rotorsegmentpakets 3 auf der Rotorwelle 6 sicherzustellen, ist der Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 korrespondierend zum Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 ausgebildet. Dabei weisen der Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 und der Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 jeweils eine in Axialrichtung konische Form und eine Mehrzahl von über den jeweiligen Mantel 4, 7 verteilten und sich jeweils in Axialrichtung erstreckenden flachen Mantelabschnitten 9, 10 auf, wie bezüglich des Rotorsegmentpakets 3 in den 5 bis 7 anhand eines Rotorsegments 2 des Rotorsegmentpakets 3 und bezüglich der Rotorwelle 6 in 10 gezeigt. Dabei zeigt 7 zur Verdeutlichung der Konusform von Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 und korrespondierendem Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 am Beispiel eines Rotorsegments 2 des Rotorsegmentpakets 3 einen Konuswinkel α der Konusform, wobei dieser zur Verdeutlichung hier stark vergrößert dargestellt ist. Im dargestellten Beispiel sind jeweils vier flache Mantelabschnitte 9, 10 vorgesehen, wobei in anderen Ausführungsbeispielen auch eine größere oder kleinere Anzahl flacher Mantelabschnitte 9, 10 vorgesehen sein können.
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Durch den konisch ausgebildeten Rotorsegmentanordnungsbereich 5 der Rotorwelle 6 mit den Abflachungen, d. h. dem flachen Außenmantelabschnitten 9, im dargestellten Beispiel vier flachen Außenmantelabschnitten 9, und der korrespondierenden Ausbildung des Innenmantels 7 des Rotorsegmentpakets 3 kann das Rotorsegmentpaket 3 einfach und durch einen Formschluss drehgesichert auf die Rotorwelle 6 aufgebracht werden. Dabei wird durch die Konusform ein Aufschieben und Aufpressen des Rotorsegmentpakets 3 auf die Rotorwelle 6 erleichtert. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Presspassung und durch die Abflachungen, d. h. die flachen Außenmantelabschnitte 9 und flachen Innenmantelabschnitte 10, zusätzlich eine Formpassung ausgebildet.
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Hierfür sind, wie bereits beschrieben, der Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 und der Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 korrespondierend zueinander ausgebildet, d. h. ein Innenausschnitt eines Blechschnitts der einzelnen Lagen des Rotorsegmentpakets 3, d. h. der einzelnen Rotorsegmente 2, insbesondere der Rotorbleche, ist dem konisch verlaufenden Durchmesser des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 angepasst und weist ebenfalls die Abflachungen in Form der flachen Innenmantelabschnitte 10 auf. Die hierfür erforderliche Realisierung des Blechschnitts für die Lagen, d. h. für die Rotorsegmente 2, insbesondere Rotorbleche, des Rotors 1 für eine solche konische Rotorwelle 6 ist in den 11 und 12 dargestellt und wird später noch detailliert beschrieben.
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Zunächst wird anhand der 8 und 9 die Herstellung der Rotorwelle 6, genauer gesagt die Herstellung der Form des Außenmantels 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6, beschrieben. Dieser Außenmantel 4 wird korrespondierend zum Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 ausgebildet.
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Hierzu wird die Rotorwelle 6 beispielsweise durch Drehen, insbesondere mittels Unrrunddrehen, an einer vorgegebenen Anzahl von Kreisabschnitten bearbeitet. D. h. die in Axialrichtung konische Form des Außenmantels 4 wird beispielsweise durch Drehen, insbesondere durch Unrunddrehen, erzeugt, im hier dargestellten Beispiel mittels eines hierfür geeigneten Abzugskörpers 11, wie in den 8 und 9 gezeigt. In 9 sind durch Zustellpfeile P die Zustellbewegungsmöglichkeiten von Abzugskörpersegmenten 12 des Abzugskörpers 11 dargestellt, um den Abzugskörper 11 zum Abdrehen des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 insbesondere an die Rotorwelle 6 heranzuführen. Der Außenmantel 4 weist danach an beiden Stirnseiten, und auch in allen Bereichen zwischen den beiden Stirnseiten, einen gleichen Krümmungsradius auf.
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Anschließend wird, beispielsweise durch Fräsen, eine Mehrzahl über den Außenmantel 4 verteilter und sich jeweils in Axialrichtung erstreckender flacher Außenmantelabschnitte 9 erzeugt. Im hier dargestellten Beispiel werden vier solcher flacher Außenmantelabschnitte 9 erzeugt. Die flachen Außenmantelabschnitte 9 werden dabei derart erzeugt, dass sie jeweils über eine gesamte Länge, d. h. über eine gesamte axiale Längsausdehnung, eine konstante Breite aufweisen.
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10 zeigt die Rotorwelle 6 mit dem auf diese Weise ausgebildeten Außenmantel 4.
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Die 11 und 12 zeigen Herstellungsschritte zur Herstellung des Innenmantels 7 des Rotorsegmentpakets 3 und somit des entsprechenden Blechschnitts mit der Kontur des Innenmantels 7. Der Innenmantel 7 wird dabei korrespondierend zum Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6 ausgebildet.
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Wie in 11 gezeigt, wird mittels eines ersten Stanzwerkzeugs, welches eine Mehrzahl von Kreissegmentabschnitten 13 mit gleichem äußeren Krümmungsradius und eine dazu korrespondierende erste Matrize aufweist, die konische Form des Innenmantels 7 und der sich dadurch in axialer Richtung verändernde Innendurchmesser erzeugt, indem die Kreissegmentabschnitte 13 des ersten Stanzwerkzeugs und der ersten Matrize im Verlauf mehrerer nacheinander zu stanzender Rotorsegmente 2 des Rotorsegmentpakets 3 zunehmend aufeinander zu bewegt oder zunehmend voneinander weg bewegt werden, d. h. sie werden radial zugestellt oder auseinanderbewegt, je nachdem, ob sich die Konusform zunehmend verengen oder zunehmend öffnen soll. Es wird somit ein Abstand der Kreissegmentabschnitte 13 zueinander und insbesondere zum gemeinsamen Mittelpunkt verändert, entweder verringert oder erhöht, wie durch die Zustellpfeile P dargestellt.
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Dabei werden korrespondierend zum ersten Stanzwerkzeug Kreisabschnitte aus dem jeweiligen Rotorsegment 2 gestanzt. Da die Kreissegmentabschnitte 13 des ersten Stanzwerkzeugs einen festen Krümmungsradius aufweisen, weist der Innenmantel 7 in allen auf diese Weise ausgestanzten Bereichen einen gleichen Krümmungsradius auf, d. h. die konische Form des Innenmantels 7 wird auf diese Weise derart erzeugt, dass der Innenmantel 7 an beiden Stirnseiten, und auch dazwischen, einen gleichen Krümmungsradius aufweist.
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Aufgrund eines jeweiligen Zwischenraums zwischen jeweils zwei Kreissegmentabschnitten 13 des ersten Stanzwerkzeugs verbleiben Stege 14 an den Rotorsegmenten 2. Diese Stege 14 werden anschließend, wie in 12 gezeigt, mittels eines zweiten Stanzwerkzeugs mit einer Anzahl von Rechteckstanzformen 15, die der Anzahl der Stege 14 entspricht, und einer korrespondierenden zweiten Matrize ausgestanzt, wobei die Rechteckstanzformen 15 im Verlauf mehrerer nacheinander zu stanzender Rotorsegmente 2 des Rotorsegmentpakets 3, korrespondierend zur vorherigen Bewegung der Kreissegmentabschnitte 13 des ersten Stanzwerkzeugs, zunehmend aufeinander zu bewegt oder zunehmend voneinander weg bewegt werden, d. h. sie werden radial zugestellt oder auseinanderbewegt, je nachdem, ob sich die Konusform zunehmend verengen oder zunehmend öffnen soll. Es wird somit ein Abstand der Rechteckstanzformen 15 zueinander und insbesondere zum gemeinsamen Mittelpunkt verändert, entweder verringert oder erhöht, wie durch die Zustellpfeile P dargestellt.
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Dadurch werden die flachen Innenmantelabschnitte 10 ausgebildet. Aufgrund der unveränderlichen Form der jeweiligen Rechteckstanzform 15 werden die flachen Innenmantelabschnitte 10 dabei derart erzeugt, dass sie jeweils über eine gesamte Länge, d. h. über eine gesamte axiale Längsausdehnung, eine konstante Breite aufweisen.
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Die Anzahl der Rechteckstanzformen 15 entspricht somit der Anzahl der flachen Innenmantelabschnitte 10, die erzeugt werden sollen, im hier dargestellten Beispiel somit vier Rechteckstanzformen 15. Somit entspricht vorteilhafterweise auch die Anzahl der Kreissegmentabschnitte 13 des ersten Stanzwerkzeugs dieser Anzahl, denn die Anzahl der Zwischenräume zwischen den Kreissegmentabschnitten 13 des ersten Stanzwerkzeugs und somit die Anzahl der anschließend zu entfernenden Stege 14 entspricht der Anzahl der Kreissegmentabschnitte 13 des ersten Stanzwerkzeugs, wie in den 11 und 12 ersichtlich.
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Das fertiggestellte Rotorsegment 2 ist in den 5 bis 7 gezeigt.
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Durch diese Ausbildung des Innenmantels 7 entspricht der Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3, d. h. dessen Innenkontur, genau dem Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6, d. h. dessen Außenkontur.
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Durch die korrespondierend ausgebildeten flachen Mantelabschnitte 9, 10 im Innenmantel 7 des Rotorsegmentpakets 3 und Außenmantel 4 des Rotorsegmentanordnungsbereichs 5 der Rotorwelle 6, welche jeweils über die gesamte Länge die gleiche Breite aufweisen, wird durch das Zusammenfügen von Rotorwelle 6 und Rotorsegmentpaket 3 ein passender Formschluss erreicht.
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Durch die dynamische Anpassung der Stanzformen, d. h. der Stanzwerkzeuge und Matrizen, kann der beschriebene Rotor 1 mit der Rotorwelle 6, die den konischen Rotorsegmentanordnungsbereich 5 mit Abflachungen und insbesondere das korrespondierende Rotorsegmentpaket 3 aufweist, auch in einer bisher bereits verwendeten Vorrichtung gefertigt werden und auch direkt als Stanzpaketierung hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- Rotorsegment
- 3
- Rotorsegmentpaket
- 4
- Außenmantel
- 5
- Rotorsegmentanordnungsbereich
- 6
- Rotorwelle
- 7
- Innenmantel
- 8
- Magnettasche
- 9
- Außenmantelabschnitt
- 10
- Innenmantelabschnitt
- 11
- Abzugskörper
- 12
- Abzugskörpersegment
- 13
- Kreissegmentabschnitt
- 14
- Steg
- 15
- Rechteckstanzform
- α
- Konuswinkel
- P
- Zustellpfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014019217 A1 [0002]
