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Die Erfindung betrifft eine Rotor-Rotorwellen-Anordnung für eine Elektromaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.
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Zur Drehmomentübertragung von einem Rotor, insbesondere einer Elektromaschine, auf eine Rotorwelle gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel kann die Drehmomentübertragung über einen Pressverband mit einer großen Überdeckung zwischen dem Rotorlamellenpaket und der Rotorwelle oder durch mehrere, beispielsweise vier oder fünf, umfänglich verteilte Nut-Feder-Verbindungen zwischen dem Rotorlamellenpaket und der Rotorwelle erfolgen.
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Aus der
DE 10 2011 012 429 A1 ist eine Rotor-Rotorwellen-Anordnung für eine Elektromaschine bekannt, bei der die Rotorwelle mehrteilig aus zwei Seitendeckeln und einem zwischen den Seitendeckeln angeordneten Grundkörper ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung sind dabei die Seitendeckel über einen Pressverband mit dem Grundkörper verbunden, wobei auf dem Grundkörper die Rotorlamellenpakete durch eine Übermaßverbindung fixiert sind. In einer anderen Ausgestaltung wird der Grundkörper durch die Rotorlamellenpakete ausgebildet, welche durch Zuganker mit den Seitendeckeln verbunden sind.
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Aus der
DE 10 2012 011 002 A1 ist eine Rotor-Rotorwellen-Anordnung für eine Elektromaschine bekannt, bei der die Rotorwelle mehrteilig aus zwei Flanschteilen und einem zwischen den Flanschteilen angeordneten Rohrteil ausgebildet ist. Um eine axiale Belastbarkeit der Rotorwelle zu erzielen, ist dabei zwischen den Flanschteilen und dem Rohrteil eine Schnappverbindung vorgesehen. Auf der Mantelfläche des Rohrteils sind dabei Rotorlamellenpakete ringförmig angeordnet.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 509 119 A1 ein Rotor für eine Asynchronmaschine mit einem mehrteiligen Körper bekannt. In einer Ausführung ist der Rotorkörper mittels mehrerer am Teilkreis verteilten Bolzen zwischen zwei mit Flanschen versehenen Wellenstummeln eingespannt. In einer anderen Ausführung weist ein Wellenstumpf einen Zentralbolzen aus, der sich durch den Rotorkörper erstreckt und am Ende mit einer Gewinde versehen ist, auf die der andere Wellenstumpf eingeschraubt ist und den Rotorkörper so verspannt ist. Die Lagersitze für die Lagerung des Rotors sind auf den beiden Wellenstümpfen angeordnet und sind somit mittels einer Schraubverbindung von zwei bzw. sogar mehreren Teilen verbunden. Solche Verbindung ist nicht genug stabil um den hohen Drehzahlanforderungen standzuhalten. Weiterhin ist die Montage von beiden Ausführungen schwierig und verlangt spezielle Zentrier- und Montagevorrichtungen. Bei der ersten Ausführung muss der Rotorkörper mit den Wellenstümpfen auswendig zentriert werden, wobei ohnehin dabei großes Risiko von Unwucht bzw. mangelnden Koaxilität besteht. Bei der zweiten Ausführung sind zusätzlich dazu sehr große Anzugsmomente erforderlich um die Reibung an dem sehr großen Durchmesser des Flansches zu überwinden und überdies besteht ein Risiko von Beschädigung und/oder Verdrehen des dem Flansch benachbarten Rotorblechs.
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Die im Stand der Technik bekannten Rotor-Rotorwellen-Anordnungen sind jedoch noch nicht optimal ausgebildet. So können aus dem Stand der Technik bekannte Rotor-Rotorwellen-Anordnungen in der Regel lediglich Drehzahlanforderung bis zu 12.000 1/min (Umdrehungen pro Minute) und beispielsweise nicht von mehr als 12.000 1/min, zum Beispiel von etwa 16.000 1/min, erfüllen. Bei Pressverbänden beziehungsweise Übermaßverbindungen und/oder axial sichernden Schnappverbindungen kann bei hohen Drehzahlen, beispielsweise von mehr als 12.000 1/min, zum Beispiel von etwa 16.000 1/min, das äußere Bauteil vom inneren Bauteil „abheben“ und dabei die Drehmomentübertragung reduzieren oder sogar unterbrechen. Um diesem Effekt entgegen zu wirken, müsste die Überdeckung deutlich erhöht werden, was jedoch die Montage erheblich erschweren beziehungsweise gegebenenfalls sogar unmöglich machen würde. Für die Montage von Nut-Feder-Verbindungen müssen diese mit einem gewissen Spiel ausgelegt werden, was jedoch zu einer reduzierten Drehmomentübertragung und damit zu Leistungseinbußen sowie zu unkomfortablen akustischen Einflüssen führen kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die eingangs genannte Rotor-Rotorwellen-Anordnungen, nun derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Rotor-Rotorwellen-Anordnungen auf einfache, kostengünstige und/oder prozesssichere Weise hergestellt und montiert sowie - insbesondere auch bei hohen Drehzahlen, beispielsweise von mehr als 12.000 1/min, zum Beispiel von etwa 16.000 1/min - eine ausreichende Drehmomentübertragung gewährleistet werden kann.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für die Rotor-Rotorwellen-Anordnung für eine Elektromaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel für ein Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug, durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei der Rotor-Rotorwellen-Anordnung ist nun eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwelle und einem Rotorflansch zur Befestigung des Rotors an der Rotorwelle ausbildbar oder ausgebildet. Durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Rotorflansch kann die Rotor-Rotorwellen-Anordnung auf einfache, kostengünstige und/oder prozesssichere Weise, beispielsweise auf der Basis von bekannten Maschinenelementen, hergestellt und montiert sowie - insbesondere auch bei hohen Drehzahlen, beispielsweise von mehr als 12.000 1/min, zum Beispiel von etwa 16.000 1/min - eine sichere Drehmomentübertragung gewährleistet werden. Insbesondere kann dabei das Drehmoment drehzahlfest übertragen werden. Durch die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein vom Rotor erzeugtes Drehmoment auf die Rotorwelle und von der Rotorwelle beispielsweise auf ein Getriebe, zum Beispiel auf das Getriebe eines Fahrzeugs, beispielsweise eine Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, übertragen werden.
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Der Rotor weist mindestens ein Rotorlamellenpaket auf, beispielsweise mindestens ein so genanntes Blechpaket. Der Rotor weist weiterhin eine Spann- und/oder Wuchtscheibe auf und das mindestens eine Rotorlamellenpaket ist zwischen dem Rotorflansch und der Spann- und/oder Wuchtscheibe angeordnet. Der Rotorflansch und die Spann- und/oder Wuchtscheibe sind durch mehrere am Umfang verteilten Spannschrauben verbunden. Das mindestens eine Rotorlamellenpaket ist somit mittels der Spann- und/oder Wuchtscheibe an dem Rotorflansch befestigt, nämlich das mindestens eine Rotorlamellenpaket ist zwischen der Spann- und/oder Wuchtscheibe und dem Rotorflansch mittels der Spannschrauben verspannt. Zudem kann die Spann- und/oder Wuchtscheibe als Wuchtscheibe für den Rotor dienen. Die Spann- und/oder Wuchtscheibe kann beispielsweise aus Stahl ausgebildet sein. Die die-Rotorwelle erstreckt sich durch den Rotor und weist beidseitig vom Rotor Lagerabschnitte zur ihrer drehbaren Lagerung, insbesondere in einem Gehäuse, auf. Die beide Lagerabschnitte sind somit vorteilhaft direkt auf der Rotorwelle angeordnet. Dadurch ist eine sehr steife und passgenaue Anordnung der Rotorwelle erreicht.
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Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise als eine Schweißverbindung, Lötverbindung oder Klebeverbindung ausgebildet sein. Vorteilhaft ist die stoffschlüssige Verbindung eine Gussverbindung. Vorteilhaft ist der Flansch aus gleichen Material wie wenigsten ein Teil der Rotorwelle ausgeformt, es ist aber auch möglich, den Flansch aus einem anderen Material als die Rotorwelle herzustellen. Ganz vorteilhaft ist der Rotorflansch einstückig mit wenigstens einem Teil der Rotorwelle hergestellt. Zur Drehmomentübertragung kann dabei - insbesondere auch bei hohen Drehzahlen - eine vergleichsweise schmale stoffschlüssige Verbindung ausreichend sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Rotorflansch rotationssymmetrisch, insbesondere zumindest teilweise in Form einer Scheibe, ausgebildet und kann zum Beispiel am Umfang verteilte Gewinde für die Spannschrauben aufweisen. Zum Beispiel kann der Rotorflansch in Form einer Stahlscheibe ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen dem mindestens einen Rotorlamellenpaket und dem Rotorflansch eine Distanzscheibe, insbesondere zur magnetischen Entkopplung des mindestens einen Rotorlamellenpakets vom Rotorflansch, angeordnet. So kann der Rotorflansch und die Rotorwelle von dem Rotor, insbesondere von dem mindestens einen Rotorlamellenpaket, magnetisch entkoppelt werden. Zum Beispiel kann die Distanzscheibe aus Aluminium ausgebildet sein.
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Dabei können sich die Spannschrauben zwischen der Spann- und/oder Wuchtscheibe - und beispielsweise durch das mindestens eine Rotorlamellenpaket und/oder durch die Distanzscheibe - und durch den Rotorflansch erstrecken. Weiterhin können die Spannschrauben, in Gewinde einschraubbar oder eingeschraubt sein, welche in dem Rotorflansch oder in der Spann- und/oder der Wuchtscheibe ausgebildet sind. Alternativ dazu können sich die Schraubverbindungen, insbesondere Spannschrauben, auch durch den Rotorflansch beziehungsweise durch die Spann- und/oder Wuchtscheibe hindurch erstrecken und zum Beispiel durch insbesondere auf der Außenseite des Rotorflansches beziehungsweise auf der Außenseite der Spann- und/oder Wuchtscheibe angeordnete Gewindemuttern befestigbar sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das mindestens eine Rotorlamellenpaket und/oder die Spann- und/oder Wuchtscheibe einen Innendurchmesser auf, welcher auf einen Außendurchmesser eines Rotorlamellenpaketmontageabschnitts der Rotorwelle aufschiebbar oder aufgeschoben ist. Dabei weist der Rotorlamellenpaketmontageabschnitt der Rotorwelle einen geringeren Außendurchmesser als der Rotorflansch auf. So kann der Rotorflansch als Axialanschlag für das mindestens eine Rotorlamellenpaket - und beispielsweise damit auch indirekt für die Spann- und/oder Wuchtscheibe - dienen.
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Die Rotorwelle als solche kann zum Beispiel sowohl einteilig als auch zweiteilig beziehungsweise mehrteilig ausgestaltet sein. Vorteilhaft ist die Rotorwelle aus mehreren Teile geschweißt.
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Bei einer mehrteiligen Ausgestaltung der Rotorwelle kann der Rotorflansch einteilig mit einem Teil der Rotorwelle ausgeformt sein, insbesondere mit einem Wellenstumpf. Der andere bzw. die anderen Rotorwellenteile sind mit diesem Rotorwellenteil mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißverbindung, verbunden. So kann die Rotorwelle mit dem Flansch effizient und einfach hergestellt werden. Die Rotorwelle kann vorteilhaft einen ersten Wellenstumpf mit dem Rotorflansch, ein Zwischenrohr und einen zweiten Wellenstumpf umfassen. Das Zwischenrohr und der zweite Wellenstumpf können einteilig ausgeführt werden. Der Rotorlamellenpaketmontageabschnitt kann sich vorteilhaft über den Zwischenrohr und wenigstens einen Teil des Wellenstumpfes mit dem Rotorflansch erstrecken.
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Die Rotorwelle ist vorteilhaft wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgeführt. Somit ist eine gewicht- und materialsparende Ausführung ermöglicht und weiterhin eine innere Kühlung der Rotorwelle realisierbar.
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Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Rotor-Rotorwellen-Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotor-Rotorwellen-Anordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotor-Rotorwellen-Anordnung, und
- 2a, 2b in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Rotorwelle.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotor-Rotorwellen-Anordnung für eine Elektromaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel für ein Elektrofahrzeug und/oder für ein Hybridfahrzeug.
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1 und 2 zeigen, dass die Rotor-Rotorwellen-Anordnung einen Rotor 10, eine Rotorwelle 20 und einen Rotorflansch 30 zur Befestigung des Rotors 10 an der Rotorwelle 20 aufweist. Dabei ist zwischen der Rotorwelle 20 und dem Rotorflansch 30 eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet, nämlich ist der Rotorflansch 30 einteilig mit einem Teil der Rotorwelle ausgebildet.
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Der Rotor 10 weist dabei mehrere Rotorlamellenpakete 11 sowie eine zwischen den Rotorlamellenpaketen 11 und dem Rotorflansch 30 angeordnete Distanzscheibe 12, insbesondere zur magnetischen Entkopplung der Rotorlamellenpakete 11 von dem Rotorflansch 30, auf. Der Rotor 10 weist weiterhin eine Spann- und/oder Wuchtscheibe 13 und Spannschrauben 14. Dabei sind die Distanzscheibe 12 und die Rotorlamellenpakete 11 zwischen der Spann- und/oder Wuchtscheibe 13 und dem Rotorflansch 30 angeordnet und mittels der Spannschrauben 14, welche sich durch die Spann- und/oder Wuchtscheibe 13, durch die Rotorlamellenpakete 11 und durch die Distanzscheibe 12 hindurch erstrecken und in Gewinde 31 in dem Rotorflansch 30 eingeschraubt sind, verspannt.
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Dabei weist der Rotorflansch 30 einen größeren Außendurchmesser als ein dazu benachbarter Rotorlamellenpaketmontageabschnitt 23 der Rotorwelle 20 auf.
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Die 1 und 2 veranschaulichen, dass die Rotorlamellenpakete 11 und die Spann- und/oder Wuchtscheibe 13 einen Innendurchmesser aufweisen, welcher auf den Außendurchmesser des Rotorlamellenpaktabschnitts 25 der Rotorwelle 20 aufschiebbar beziehungsweise aufgeschoben ist und beispielsweise zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung einen Pressverband ausbilden kann.
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2a zeigt eine Rotorwelle 20, die einen ersten Wellenstumpf 21 aufweist, welcher den Rotorflansch 30 umfasst. Zu dem Rotorflansch 30 ist einseitig benachbart einen ersten Lagerabschnitt 23 des ersten Wellenstumpfes 21 und andersseitig benachbart ein erster Teil des Rotorlamellenpaketabschnitts 25. Der erste Teil der Rotorlamellenpaketabschnitts 25 des ersten Wellenstumpfes 21 ist mittels einer Schweißverbindung mit einem zweiten Wellenstumpf 22 verbunden, der einen zweiten Teil des Rotorlamellenpaketabschnitts 25 und einen zweiten Lagerabschnitt 24 aufweist.
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In einer nicht näher gezeigten Ausführungsform, kann die Schweißverbindung des ersten und des zweiten Wellenstumpfes 21, 22 im wesentlichen benachbart dem Rotorflansch 30 realisiert werden. In solchem Fall ist der Rotorlamellenpaketabschnitt 25 ausschließlich auf dem zweiten Wellenstumpf 22 ausgebildet.
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Die 2b zeigt eine weitere Ausführungsform der beiden Wellenstumpfe 21, 22, die korrespondierend im Bereich der Verbindungsschweißnaht so geformt sind, dass eine Zentrierung vor dem Verschweißen realisiert ist, nämlich der erste Wellenstumpf 21 weist einen Verbindungsabsatz mit einem kleinerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Rotorlamellenpaketabschnitts auf, auf welchen der zweite Wellenstumpf 22 vor dem Verschweißen aufgesetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 11
- Rotorlamellenpaket
- 12
- Distanzscheibe
- 13
- Spann- und/oder Wuchtscheibe
- 14
- Schraubverbindungen, insbesondere Spannschrauben
- 20
- Rotorwelle
- 21
- erster Wellenstumpf
- 22
- zweiter Wellenstumpf
- 23
- erster Lagerabschnitt
- 24
- zweiter Lagerabschnitt
- 25
- Rotorlamellenpaktabschnitt
- 30
- Rotorflansch
- 31
- Gewinde für Schraubverbindungen, insbesondere Spannschrauben
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011012429 A1 [0003]
- DE 102012011002 A1 [0004]
- EP 0509119 A1 [0005]
