DE102017124918A1

DE102017124918A1 - Verfahren zur Herstellung eines Resolverlagers und Resolverlager

Info

Publication number: DE102017124918A1
Application number: DE102017124918.4A
Authority: DE
Inventors: Stephan Niese
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Resolverlagers, umfassend einen Außenring (2) und einen über Wälzkörper (4) daran gelagerten Innenring (3), wobei am Außenring (2) oder am Innenring (3) ein ringförmiger Rotor (11) aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial positionsfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Außen- oder Innenring (2, 3) im Befestigungsbereich des Rotors (11) eine umlaufende Lotbeschichtung (13) aufgebracht wird, auf welche der Rotor (11) ohne Erwärmung der Lotbeschichtung (13) oder des Rotors (11) durch axiales Aufschieben aufgepresst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Resolverlagers, umfassend einen Außenring und einen über Wälzkörper daran gelagerten Innenring, wobei am Außenring oder am Innenring ein ringförmiger Rotor aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial positionsfest angeordnet ist.
Ein solches Resolverlager wird beispielsweise bei Elektromotoren dazu genutzt, die exakte Rotorstellung relativ zum Stator zu ermitteln. Das Resolverlager weist einen Außenring und einen Innenring auf, die über Wälzlager relativ zueinander drehgelagert sind. Der Außenring ist üblicherweise positionsfest, während der Innenring mit dem Maschinenrotor oder einer Welle gekoppelt ist. Um nun mit hochgenauer Auflösung die Position des Maschinenrotors oder der Welle erfassen zu können, ist das Resolverlager als Sensorlager ausgeführt. Es weist hierfür einen ringförmigen Rotor aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial auf, der positionsfest z. B. am Innenring angeordnet ist, mithin also zusammen mit dem Maschinenrotor oder der Welle rotiert. Ihm zugeordnet ist eine entsprechende Sensoreinrichtung, die beispielsweise im Bereich des Außenrings oder benachbart dazu angeordnet ist und die Bewegung respektive Position des ringförmigen Rotors aus dem weichmagnetischen Kompositmaterial, oft auch SMC-Material (soft magnetic composit) genannt, erfasst.
Der Rotor sitzt auf einem zylindrischen Axialflansch des Außen- oder des Innenrings auf und ist mit diesem fest verbunden. Dies kann auf zwei Weisen erfolgen. Zum einen kann der weichmagnetische Kompositrotor aufgeklebt werden. Dieser Klebeprozess ist jedoch relativ aufwendig. Denn zunächst sind die zu verklebenden Bauteile zu reinigen. Des Weiteren ist ein Transport sicherzustellen, bei dem die Teile nicht erneut verschmutzen.
Alternativ ist es bekannt, den Rotor aufzulöten. Hierzu müssen beide Teile ebenfalls gereinigt werden, anschließend wird Lot auf den Ringabschnitt sowie rotorseitig am Innen- oder Außenumfang aufgebracht. Für den eigentlichen Fügeprozess müssen beide Bauteile zunächst erwärmt werden, bis das Lot wieder flüssig wird und anschließend gefügt werden. Problematisch ist jedoch die Erwärmung des Rotors, um das Lot zu schmelzen. Denn durch den Wärmeeintrag kann möglicherweise das weichmagnetische Kompositmaterial in seinen magnetischen Eigenschaften verändert werden. Dies kann sich nachteilig auf die Sensoreigenschaften auswirken. Des Weiteren müssen die Bauteile respektive das fertige Resolverlager anschließend wieder abgekühlt werden, was sich negativ auf die Taktzeile im Rahmen der Herstellung auswirkt.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf den Außen - oder Innenring im Befestigungsbereich des Rotors eine umlaufende Lotbeschichtung aufgebracht wird, auf welche der Rotor ohne Erwärmung der Lotbeschichtung oder des Rotors durch axiales Verschieben aufgepresst wird.
Erfindungsgemäß wird vorliegend nur der Außen- oder Innenringabschnitt, also der Befestigungsbereich, in dem der Rotor aufgebracht werden soll, mit einer Lotbeschichtung versehen. Auf die anschließend erkaltete Lotbeschichtung wird sodann der Rotor kalt aufgeschoben, das heißt, dass weder der Ring mit der Lotbeschichtung noch der Rotor erwärmt wird. Das Lot bleibt ausgehärtet, auf die ausgehärtete Lotbeschichtung wird der ebenfalls kalte, also nur die Umgebungstemperatur aufweisende Rotor durch axiales Verschieben aufgepresst.
Einerseits kann hierüber eine sehr gute mechanische Fixierung über einen sehr stabilen Pressverband erreicht werden. Andererseits erfolgt kein zusätzlicher Temperaturschritt, weder zum Erwärmen des Lotes noch der beteiligten Bauteile. Hieraus resultiert insbesondere, dass auch keinerlei thermische Beeinträchtigung des Rotors durch den Montage- respektive Aufpressvorgang zu besorgen ist.
Die Lotbeschichtung wird bevorzugt durch Reibauftragslöten aufgebracht. Mit einem solchen Verfahren können Schichtdicken von ca. 60 µm und mehr prozesssicher realisiert werden.
Die axiale Länge der Lotbeschichtung sollte wenigstens ¾ der Länge des Rotors entsprechen, bevorzugt mindestens 90° der Länge des Rotors.
Am Außen- oder Innenring ist zweckmäßigerweise ein Anschlagbund vorgesehen, gegen den der Rotor geschoben wird. Dieser Anschlag definiert exakt die Position, die der fertig montierte Rotor einnehmen soll, so dass auch der Aufpressvorgang äußerst einfach von statten gehen kann.
Wie beschrieben beträgt die axiale Länge der Lotbeschichtung wenigstens ¾, vorzugsweise wenigstens 90° der Rotorlänge. Zweckmäßig ist es, wenn der Rotor fast über seine gesamte Länge oder vollständig abgestützt ist. Bezogen auf die Schichtdicke der Lotbeschichtung sollte diese so gewählt sein, dass die Überdeckung sehr gering ist, dass also mithin der Durchmesser der Lotbeschichtung nur unwesentlich größer (bei Lotbeschichtung des Innenrings) oder kleiner (bei Lotbeschichtung des Außenrings) ist als der Durchmesser des Rotors. Beim Aufpressen wird demzufolge geringfügig Lotbeschichtungsmaterial abgeschert, also vom Rotor vor sich hergeschoben. Damit sich dieses zusammengeschobene Lotmaterial nicht nachteilig auf die Positionierungsgenauigkeit auswirkt, ist es besonders zweckmäßig, wenn im Übergangsbereich des Anschlagbunds zum Aufnahmeabschnitt des Rotors eine Nut vorgesehen ist, in die das abgescherte Lot eingebracht wird. Durch das Übermaß werden zum einen Toleranzen im Durchmesser und der Rundheit der beteiligten Pressverbundpartner ausgeglichen, zum anderen wird durch das Vorsehen der Nut zur Aufnahme des abgescherten Lotmaterials die Positionierungsgenauigkeit sichergestellt.
Das heißt, dass das weiche Lotmaterial Bauteiltoleranzen des Rotors, der üblicherweise in einem Sinterverfahren hergestellt wird, ausgleicht, wodurch immer ein Pressverband mit nahezu identischer Überdeckung realisiert werden kann. Es entsteht, resultierend aus dem Abscheren des Beschichtungsmaterials, ein gleichbleibender, identischer Fugendruck, der ausreicht, um den Rotor auf dem Ring zu fixieren. Durch ein anschließendes „Trainieren“, nämlich ein definiertes Verdrehen des Rings relativ zum Rotor, kann, sofern erforderlich, der Fugendruck noch „eingestellt“ werden.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Resolverlager, umfassend einen Außenring und einem über Wälzkörper daran gelagerten Innenring sowie einen am Außen- oder am Innenring positionsfest angeordneten Rotor aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial. Dieses Resolverlager zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor auf eine am Außen- oder Innenring aufgebrachte, umlaufende Lotbeschichtung aufgepresst ist. Es findet hier also eine Presspassung statt, jedoch kein Stoffschluss, wie dies bei bisherigen Lotfixierungen der Fall ist.
Die axiale Länge der Lotbeschichtung sollte wenigstens ¾ der Länge des Rotors, vorzugsweise mindestens 90 % der Rotorlänge entsprechen, um den Rotor möglichst großflächig abstützen zu können.
Am Außen- oder Innenring ist zweckmäßigerweise ein Anschlagbund vorgesehen, gegen den der Rotor geschoben ist.
Zweckmäßig ist es in dem Zusammenhang, wenn im Übergang des Anschlagbunds zum Aufnahmeabschnitt des Rotors am Außen- oder Innenring eine Nut vorgesehen ist, in die beim Aufschieben abgeschertes Lot eingebracht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Resolverlagers, geschnitte, und
2 eine vergrößerte Teilansicht des Montagebereichs des Rotors.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Resolverlager 1, umfassend einen Außenring 2 sowie einen Innenring 3, die über Wälzkörper 4, hier Kugeln, relativ zueinander verdrehbar sind. Der Wälzkörperbereich ist über entsprechende Dichtscheiben 5, 6 abgedichtet.
Sowohl der Außenring 2 als auch der Innenring 3 weisen entsprechende zylindrische Axialflansche 7, 8 auf, die zwischen sich einen Sensoraufnahmeraum 9 definieren. Dieser Sensor dient dazu, die exakte Position des Innenrings 3 relativ zum im Montagefall positionsfesten Außenring 2 bestimmen zu können. Üblicherweise ist der Außenring 2 positionsfest in einem Gehäuseabschnitt oder an einem Stator einer Elektromaschine oder Ähnlichem angeordnet, während der Innenring 8 mit einem rotierenden Bauteil wie einer Welle, beispielsweise der Welle eines Rotors einer Elektromaschine, verbunden ist.
Im Sensoraufnahmeraum eine Erfassungseinrichtung 10, also ein Sensorabschnitt aufgenommen. Dieser ist im gezeigten Beispiel positionsfest am Axialflansch 7 des Außenrings 2 angeordnet.
Dem liegt, radial gesehen, ein Rotor 11 aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial (SMC), bei dem es sich um ein Sinterbauteil handelt, gegenüber. Dieser Rotor 11 ist fest mit dem Axialflansch 8 des Innenrings 3 verbunden. Diese feste Verbindung erfolgt über einen Pressverbund.
Um diesen Pressverbund zu realisieren, ist auf die Mantelfläche 12 des zylindrischen Axialflansches 8 durch Reibauftragslöten eine Lotbeschichtung 13 aufgebracht. Diese Lotbeschichtung wird mit einer Schichtdicke aufgebracht, die so gewählt ist, dass der sich ergebende Durchmesser der ringförmig aufgebrachten Lotbeschichtung geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Rotors 11. Es ist also, radial gesehen, eine geringfügige Überdeckung von Lotschicht 13 und Rotor 11 gegeben.
Ersichtlich entspricht die axiale Länge der Lotschicht 13 nahezu der axialen Länge des Rotors 11, so dass dieser, wenn befestigt, nahezu über seine gesamte Länge aufgelagert ist.
Die Lotschicht 13 erstreckt sich bis an oder bis nahe an eine Nut 14, die im Übergangsbereich des Axialflansches 8 zu einem axialen, sich radial erstreckenden Anschlagbunds 15 angeordnet ist. Diese Nut 14 dient als Sammelnut für beim Befestigen des Rotors 11 abgeschertes Lotmaterial.
Zur Befestigung wird der Rotor 11 axial auf den Axialflansch 8 aufgeschoben. Hierbei wird er auch auf die Lotbeschichtung 13 aufgeschoben. Aufgrund der Überdeckung der Lotschichtdicke zum Rotorinnendurchmesser wird hierbei einerseits etwas Lotbeschichtung 13 abgeschert und vom Rotor 11 in Aufschieberichtung vorgeschoben und mit Erreichen der Endstellung, wenn der Rotor 11 gegen den Anschlagbund 15 geschoben ist, in die Nut 14 eingebracht. Andererseits ergibt sich durch dieses Abscheren und Aufschieben ein Pressverband zwischen dem Rotor 11 und der Lotbeschichtung 13 mit hinreichend hohem Fugendruck, so dass eine feste Presspassung zwischen Rotor 11 und Axialflansch 8 gegeben ist.
Dieses Aufschieben und damit die Montage des Rotors 11 am Innenring 3 erfolgt bei Raumtemperatur. Weder der Innenring 3 noch die Lotbeschichtung 13 ist erwärmt, das heißt, dass das Lotmaterial kalt ist respektive Raumtemperatur aufweist. Es ist hinreichend fest, weist jedoch auch eine gewisse Weichheit auf, die das Abscheren ermöglicht. Auch der Rotor 11 ist nicht erwärmt, sondern liegt auf Raumtemperatur. Er wird also „kalt“ aufgepresst, etwaige, aus einem zur Montage erforderlichen Wärmeeintrag resultierende Nachteile sind erfindungsgemäß nicht gegeben, da die gesamte Montage bei Raumtemperatur erfolgt.
Alternativ kann der Rotor 11 auch am Axialflansch 7 des Außenrings 2 über eine dort am Innenumfang aufgebrachte Lotbeschichtung 13, auf die dann der Rotor 11 mit seiner Außenmantelfläche aufgepresst wird, angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Resolverlager
2: Außenring
3: Innenring
4: Wälzkörper
5: Dichtscheibe
6: Dichtscheibe
7: Axialflansch
8: Axialflansch
9: Sensoraufnahmeraum
10: Erfassungseinrichtung
11: Rotor
12: Mantelfläche
13: Lotbeschichtung
14: Nut
15: Anschlagbund

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Resolverlagers, umfassend einen Außenring (2) und einen über Wälzkörper (4) daran gelagerten Innenring (3), wobei am Außenring (2) oder am Innenring (3) ein ringförmiger Rotor (11) aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial positionsfest angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Außen- oder Innenring (2, 3) im Befestigungsbereich des Rotors (11) eine umlaufende Lotbeschichtung (13) aufgebracht wird, auf welche der Rotor (11) ohne Erwärmung der Lotbeschichtung (13) oder des Rotors (11) durch axiales Aufschieben aufgepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotbeschichtung (13) durch Reibauftragslöten aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Lotbeschichtung (13) mindestens 3/4 der Länge des Rotors (11) entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Außen- oder Innenring (2, 3) ein Anschlagbund (15), gegen den der Rotor (11) geschoben wird, vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufschieben abgeschertes Lot in eine im Übergang des Anschlagbunds (15) zum Aufnahmeabschnitt (8) des Rotors (11) vorgesehene Nut (14) eingebracht wird.
Resolverlager, umfassend einen Außenring (2) und einen über Wälzkörper (4) daran gelagerten Innenring (3) sowie einen am Außen- oder Innenring (2, 3) positionsfest angeordneten Rotor (11) aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (11) auf eine am Außen- oder Innenring (2, 3) aufgebrachte, umlaufende Lotbeschichtung (13) aufgepresst ist.
Resolverlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Lotbeschichtung (13) mindestens 3/4 der Länge des Rotors (11) entspricht.
Resolverlager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenring (2, 3) ein Anschlagbund (15), gegen den der Rotor (11) geschoben ist, vorgesehen ist.
Resolverlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergang des Anschlagbunds (15) zum Aufnahmeabschnitt (8) des Rotors (11) eine Nut (14) vorgesehen ist, in die beim Aufschieben abgeschertes Lot eingebracht wird.