DE102020132513A1

DE102020132513A1 - Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle

Info

Publication number: DE102020132513A1
Application number: DE102020132513.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Rudert; Ralf Grünewald; Christian Mödler; Markus Schmidt
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-09
Also published as: WO2022122645A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle für einen Elektromotor, welche einen einstückigen umlaufenden Anschlag für ein am Außenumfang der Rotorwelle anzuordnendes Rotorblechpaket aufweist.
Dabei ist vorgesehen, dass der Anschlag (6) durch Drückwalzen einer zylinderförmigen Vorform (1) aus Metall mittels wenigstens einer Drückrolle (3) ohne ein die zylinderförmige Vorform (1) außenseitig umgebendes Formwerkzeug geformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle für einen Elektromotor, welche einen einstückigen umlaufenden Anschlag für ein am Außenumfang der Rotorwelle anzuordnendes Rotorblechpaket aufweist.
Die Drehmomentübertragung von einem Rotor einer Elektromaschine auf eine Rotorwelle kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die auf dem Außenumfang der Rotorwelle angeordneten Rotorblechpakete müssen dementsprechend drehfest mit der Rotorwelle verbunden werden. Dazu kann die Rotorwelle einen umlaufenden Anschlag aufweisen, an welchem das Rotorblechpaket anliegt.
Eine Rotorwelle für einen Elektromotor, welche einen einstückigen umlaufenden Anschlag für ein am Außenumfang der Rotorwelle anzuordnendes Rotorblechpaket aufweist, ist aus DE 10 2018 204 692 A1 bekannt. Dabei ist der scheibenförmige Anschlag so dimensioniert, dass er als Rotorflansch zur Anlage und Befestigung eines Rotorblechpaketes dient. Der Anschlag kann dabei einstückig durch Gießen oder durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der Rotorwelle verbunden sein. Die Herstellung einer solchen Rotorwelle ist jedoch aufwendig, da entweder ein Gießverfahren mit spanender Nachbearbeitung oder die Erstellung einer stoffschlüssigen Verbindung erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung einer solchen Rotorwelle einfacher und kostengünstiger zu gestalten.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Anschlag durch Drückwalzen einer zylinderförmigen Vorform aus Metall mittels wenigstens einer Drückrolle ohne ein die zylinderförmige Vorform außenseitig umgebendes Formwerkzeug geformt wird.
Die Rotorwelle mit einstückig angeformtem Anschlag wird somit nur durch Drückwalzen (Abstreckdrückwalzen) durchgeführt, wobei dies überraschenderweise ohne ein äußeres Formwerkzeug möglich ist. Die Vorform muss lediglich eingespannt werden und die Umformung erfolgt ausschließlich durch wenigstens eine relativ axial und radial zur Vorform verfahrbare und relativ zur Vorform rotierende Drückrolle. Je nach Dimensionierung des Anschlages kann dieser auch als Befestigungsflansch und/oder Wuchtscheibe dienen.
Dabei ist nach einer ersten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Anschlag im Gleichlaufverfahren geformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle radial in den Umfangsbereich der Vorform eintaucht und den metallischen Werkstoff in axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle unter Ausbildung des Anschlages bewegt.
Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Anschlag im Gegenlaufverfahren geformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle in axialer Vorschubrichtung entlang der zylinderförmigen Vorform so bis zu einer vorgegebenen, den Anschlag bildenden Axialposition der Vorform bewegt wird, dass der metallische Werkstoff unter Durchmesserverringerung und axialer Längung der Vorform entgegengesetzt zur Vorschubrichtung bewegt wird.
Wenn der Anschlag eine große radiale Erstreckung aufweisen soll, kann im Anschluss an die Ausbildung desselben im Gegenlaufverfahren zusätzlich vorgesehen sein, dass der Anschlag im Gleichlaufverfahren weiter ausgeformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle radial in den Umfangsbereich der Vorform eintaucht und den metallischen Werkstoff in entgegengesetzter axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle in Richtung zum Anschlag bewegt.
Das Verfahren kann grundsätzlich bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Vorform vor und/oder während der Umformung erwärmt wird. Die Erwärmungstemperatur hängt vom verwendeten metallischen Material der Vorform ab.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine rohrförmige Vorform verwendet wird. Die Wandstärke der Vorform wird entsprechend so gewählt, dass eine ausreichende Materialverlagerung des metallischen Werkstoffes zur Ausbildung des Anschlages möglich ist. So wird in der Regel beim Gegenlaufverfahren eine dickwandigere Vorform verwendet als im Gleichlaufverfahren.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine einseitig geschlossene rohrförmige Vorform, also eine topfförmige Vorform verwendet wird.
Die zylinderförmige Vorform kann auch ohne inneren Hohlraum, also massiv bzw. eine Vollwelle sein.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt jeweils in einem Längsschnitt in

1 das Drückwalzen einer Vorform im Gleichlaufverfahren,
2 die Vorform nach 1 nach Abschluss der Anschlaganformung,
3 die aus der Vorform geformte Rotorwelle,
4 das Drückwalzen einer Vorform im Gegenlaufverfahren und in
5 die aus der Vorform nach 4 geformte Rotorwelle.

In 1 ist eine schon teilweise umgeformte rohrförmige Vorform mit 1 bezeichnet. Die Vorform 1 ist auf einem Innendorn 2 angeordnet, der relativ zu wenigstens einer am Außenumfang der Vorform 1 anliegenden Drückrolle 3 drehbar ist, d.h. die Vorform 1 und/oder die wenigstens eine Drückrolle wird/werden um ihre jeweilige Rotationsachse 4, 5 durch einen nicht dargestellten Drehantrieb in Rotation versetzt. Die Rotationsachse 5 ist dabei in einem spitzen Winkel zur Rotationsachse 4 angeordnet. Außerdem sind die Vorform 1 und die wenigstens eine Drückrolle 3 relativ zueinander entlang der Rotationsachse 4 in Axialrichtung der Vorform 1 verfahrbar. Ferner kann die wenigstens eine Drückrolle 3 in radialer Richtung zur Vorform 1 und von dieser weg verstellt werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 wird eine rohrförmige Vorform 1 eingesetzt, die zunächst über ihrer gesamten Länge einen einheitlichen Außendurchmesser aufweist.
Erfindungsgemäß wird mittels der wenigstens einen Drückrolle 3 ein umlaufender Anschlag 6 einstückig im Gleichlaufverfahren an die Vorform 1 angeformt, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle 3 radial in einen Umfangsbereich 1a der Vorform 1 eintaucht und den metallischen Werkstoff in axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle 3 entlang der Rotationsachse 4 unter Ausbildung des Anschlages 6 bewegt. Dabei ist die Vorform 1 lediglich auf dem Innendorn 2 gehalten, ein äußeres Formwerkzeug ist nicht notwendig. Für bestimmte Anwendungsfälle kann zusätzlich auch ein äußeres Formwerkzeug verwendet werden.
Nach Fertigstellung des Anschlages 6 (1) kann mit der wenigstens einen Drückrolle 3 der Umfangsbereich 1a so umgeformt werden, dass er einen einheitlichen Durchmesser aufweist, zum freien Ende hin können außerdem z.B. zwei abgestufte Bereiche 1b, 1c mit jeweils verringertem Durchmesser angeformt werden. Der Bereich 1d jenseits des Anschlages 6 dient als Aufnahmebereich für die nicht dargestellten Blechpakete des Rotors, welche einseitig am Anschlag 6 anliegen und je nach Ausbildung des Anschlages 6 ggf. auch an diesem befestigt werden können. Zwischen dem Anschlag 6 und den Blechpaketen kann auch eine Wuchtscheibe und/oder ein Dämpfungselement auf dem Bereich 1d angeordnet werden.
In den 4 und 5 ist ein alternativer Verfahrensablauf dargestellt. Dabei wird ausgehend von einer vorzugsweise dickwandigen rohrförmigen Vorform 1 der Anschlag 6 im Gegenlaufverfahren derart geformt wird, dass die wenigstens eine Drückrolle 3 in axialer Vorschubrichtung entlang der rohrförmigen Vorform so bis zu einer vorgegebenen, den Anschlag 6 bildenden Axialposition der Vorform 1 bewegt wird, dass der metallische Werkstoff unter Durchmesserverringerung und axialer Längung der Vorform 1 entgegengesetzt zur Vorschubrichtung bewegt wird. Dies ist durch einen Pfeil 7 angedeutet. Ein Bereich 1e der Vorform 1 ist dabei im in 4 dargestellten Stadium unverformt, weist also die ursprüngliche Wandstärke der Vorform 1 auf. Der Bereich mit verringertem Durchmesser ist mit 1f bezeichnet. Der Bereich 1e ist während der Umformung eingespannt. Der Bereich 1f kann zum freien Ende hin auch abgestuft ausgeformt werden.
In der Darstellung der 5 ist die insoweit umgeformte Vorform 1 nunmehr mit dem Bereich 1f eingespannt und die Vorform 1 wird jenseits des erzeugten Anschlages 6 in einen Bereich 1g mit dem Bereich 1f entsprechendem Durchmesser und zwei abgestuften Bereichen 1h, 1i mit jeweils verringertem Durchmesser umgeformt. Der Bereich 1f jenseits des Anschlages 6 dient als Aufnahmebereich für die nicht dargestellten Blechpakete des Rotors, welche einseitig am Anschlag 6 anliegen und je nach Ausbildung des Anschlages 6 ggf. auch an diesem befestigt werden können.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der im Gegenlaufverfahren gemäß 4 und 5 geformte Anschlag 6 im Gleichlaufverfahren weiter ausgeformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle 3 radial in den Bereich 1e der Vorform 1 eintaucht und den metallischen Werkstoff in entgegengesetzter axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle 3 in Richtung zum Anschlag 6 bewegt.
Bezugszeichenliste

1: Vorform
1a: Umfangsbereich
1b: Bereich
1c: Bereich
1d: Bereich
1e: Bereich
1f: Bereich
1g: Bereich
1h: Bereich
1i: Bereich
2: Innendorn
3: Drückrolle
4: Rotationsachse
5: Rotationsachse
6: Anschlag
7: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018204692 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle für einen Elektromotor, welche einen einstückigen umlaufenden Anschlag für ein am Außenumfang der Rotorwelle anzuordnendes Rotorblechpaket aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) durch Drückwalzen einer zylinderförmigen Vorform (1) aus Metall mittels wenigstens einer Drückrolle (3) ohne ein die zylinderförmige Vorform (1) außenseitig umgebendes Formwerkzeug geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) im Gleichlaufverfahren geformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle (3) radial in den Umfangsbereich (1a) der Vorform (1) eintaucht und den metallischen Werkstoff in axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle (3) unter Ausbildung des Anschlages (6) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) im Gegenlaufverfahren geformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle (3) in axialer Vorschubrichtung entlang der zylinderförmigen Vorform (1) so bis zu einer vorgegebenen, den Anschlag bildenden Axialposition der Vorform bewegt wird, dass der metallische Werkstoff unter Durchmesserverringerung und axialer Längung der Vorform (1) entgegengesetzt zur Vorschubrichtung bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (6) im Gleichlaufverfahren weiter ausgeformt wird, derart, dass die wenigstens eine Drückrolle (3) radial in den Umfangsbereich der Vorform (1) eintaucht und den metallischen Werkstoff in entgegengesetzter axialer Vorschubrichtung der wenigstens einen Drückrolle (3) in Richtung zum Anschlag (6) bewegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform (1) vor und/oder während der Umformung erwärmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine rohrförmige Vorform (1) verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine topfförmige Vorform (1) verwendet wird.