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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorwelle eines Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor eines Elektromotors mit einer solchen Rotorwelle sowie einen Elektromotor mit einem solchen Rotor.
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Gattungsgemäße Rotorwellen sind hinlänglich bekannt und üblicherweise mit Blechpaketen bestückt, die beispielsweise als metallischer Kern für einen Elektromagneten bildende Spulen dienen können. Zur drehfesten und zugleich fliehkraftsicheren Fixierung wird zwischen der Rotorwelle und den Blechpaketen oftmals eine sogenannte Pass-Nut-Verbindung hergestellt, die jedoch aufwändig und dadurch auch sehr teuer ist. Da eine derartige Pass-Nut-Verbindung zudem lediglich äußerst geringe Fertigungstoleranzen erlaubt, ist es oftmals erforderlich, die Rotorwelle bzw. eine Grundwelle der Rotorwelle an ihrem Außendurchmesser nachzubearbeiten, wodurch weitere Kosten entstehen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Rotorwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere kostengünstiger herzustellen ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ebene Kontaktflächen für Blechpakete an einer Grundwelle einer Rotorwelle vorzusehen, wodurch die Blechpakete formschlüssig und zugleich verdrehsicher auf der Grundwelle der Rotorwelle fixiert werden können. Die erfindungsgemäße Rotorwelle eines Elektromotors besitzt dabei die zuvor erwähnte Grundwelle sowie an einer Außenmantelfläche der Grundwelle zumindest eine Abflachung als Sitz für ein Blechpaket. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch denkbar, dass mehrere solcher Abflachungen, beispielsweise vier oder sechs solcher Abflachungen, an der Außenmantelfläche der Grundwelle vorgesehen werden, wodurch eine drehfeste, da eckig formschlüssige Verbindung zwischen den Blechpaketen und der Grundwelle geschaffen werden kann. Das Einbringen der zumindest einen Abflachung in die Außenmantelfläche der Grundwelle kann dabei beispielsweise mittels eines Hammerprozesses, ähnlich einer Gesenkschmiede, oder andere Umformprozesse erfolgen. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Rotorwelle ist, dass eine nachträgliche, aufwändige und damit auch teure Bearbeitung der Außenmantelfläche der Grundwelle vermieden werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Grundwelle als Hohlwelle ausgebildet. Eine derartige Grundwelle kann somit beispielsweise als gezogenes Rohr ausgebildet sein, wodurch sich nicht nur Ressourcen schonen lassen, sondern auch eine vergleichsweise leichte Rotorwelle geschaffen werden kann, wobei in diesem Fall die zumindest eine Abflachung beispielsweise durch einen Press- oder Hammerprozess in die Außenmantelfläche der Grundwelle eingebracht werden kann. Das Einbringen der zumindest einen Abflachung kann dabei bereits beim Ziehen der als Rohr ausgebildeten Grundwelle eingebracht werden oder durch einen nachfolgenden Umformprozess, wie beispielsweise ein Hammern oder Schmieden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Abflachung innerhalb eines Außendurchmessers der Grundwelle angeordnet ist. Dies bietet den großen Vorteil, auch weitere Bauteile mit rundem Innendurchmesser auf der Grundwelle befestigen zu können, beispielsweise mittels eines thermischen Fügeprozesses.
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Zweckmäßig sind längsendseitig der Grundwelle Lagerbereiche angeordnet. Über derartige Lagerbereiche ist eine Lagerung der Rotorwelle im Elektromotor denkbar, wobei diese Lagerbereiche einstückig mit der Grundwelle ausgebildet sein können, oder durch einen in die Grundwelle eingesteckten Lagerstopfen. Besonders letztere Ausführungsform bietet den großen Vorteil, dass die Lagerbereiche aus einem anderen Material, beispielsweise aus einem Material mit einem im Vergleich zur Grundwelle höheren Gleitreibungskoeffizienten hergestellt werden können. Derartige Lagerbereiche können dabei derart ausgebildet sein, dass über diese eine direkte Lagerung der Rotorwelle erfolgt, oder dass diese zur Aufnahme eines Lagers, beispielsweise eines Kugellagers, dienen. Unabhängig von der gewählten Ausführungsform kann über die längsendseitig angeordneten Lagerbereiche eine leichtgängige Lagerung der Rotorwelle im Elektromotor erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Rotorwelle ist die zumindest eine Abflachung lediglich an einem Teilbereich der Grundwelle angeordnet. Dies ermöglicht es, das Blechpaket genau an dieser Abflachung anzuordnen, während an den anderen, nicht abgeflachten und damit im Außenumfang runden Bereichen der Grundwelle weitere Anbaukomponenten, wie beispielsweise Lager, angeordnet werden können.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rotor eines Elektromotors mit einer in den vorherigen Absätzen beschriebenen Rotorwelle auszustatten sowie mit Blechpaketen, die formschlüssig auf der Grundwelle, das heißt auf den Abflachungen angeordnet sind. Die formschlüssige Anordnung ist dabei durch die Abflachung bedingt. Mittels eines derartigen Rotors lässt sich dieser kostengünstig herstellen, da anstelle der bislang zur Befestigung der Blechpakete auf der Grundwelle erforderlichen Pass-Nut-Verbindungen nun lediglich noch hinsichtlich der Fertigungstoleranzen deutlich weniger kritische Abflachungen an der Grundwelle vorgesehen sind, die insbesondere keine zusätzliche Nachbearbeitung der Grundwelle an ihrem Außenmantel erfordern.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist zumindest ein Blechpaket formschlüssig mittels eines thermischen Fügesitzes, eines Presssitzes oder mittels einer Verklebung mit der Grundwelle verbunden. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Fixierung der Blechpakete an der Grundwelle gegeben sind, wobei die unrunde Ausführungsform der Grundwelle im Bereich der Anordnung der Blechpakete eine zuverlässige Verdrehsicherung bietet, selbst bei hohen Drehzahlen. Bei einer Ausführung der Grundwelle mit nur partiellen Abflachungen, befinden sich diese am Anfang, d.h. unter dem ersten Blechpaket oder den ersten Blechpaketen und/oder dem letzten Blechpaket oder den letzten Blechpaketen. Da die Abflachung an der Grundwelle gegenüber dem Durchmesser reduziert ist, kann ein Blechpaket mit einer Bohrung oder einem Innendurchmesser wie gewöhnlich gefügt werden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Elektromotor mit einem in dem vorherigen Absatz beschriebenen Rotor auszustatten und dadurch die zuvor beschriebenen Vorteile der Rotorwelle bzw. des Rotors auf den Elektromotor zu übertragen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Ansicht sowie eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Rotorwelle,
- 2 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Rotors mit einer Rotorwelle und darauf angeordneten Blechpaketen,
- 3 ein mögliches Verfahren zur Herstellung von Abflachungen als Aufnahmeflächen für Blechpakete.
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Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Rotorwelle 1 eines Elektromotors 2 eine Grundwelle 3 auf, die an einer Außenmantelfläche zumindest eine Abflachung 4 als Sitz für ein Blechpaket 5 (vergleiche 2) aufweist. Die Grundwelle 3 kann dabei als Vollwelle oder, wie dies gemäß der 3 dargestellt ist, als Hohlwelle ausgebildet sein, wodurch sich Material reduzieren und dadurch Ressourcen schonen lassen. Zudem kann durch eine als Hohlwelle ausgebildete Grundwelle 3 ein deutlich geringeres Gewicht realisiert werden, was insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Rotorwelle 1 in einem Rotor 6 eines Elektromotors 2 in einem Kraftfahrzeug von besonderem Vorteil ist. Die Abflachung 4 ist vorzugsweise als ebene Fläche ausgebildet.
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Die Grundwelle 3 kann dabei als gezogenes Rohr ausgebildet sein, in welches die jeweiligen Abflachungen 4 über entsprechende Stempel 7 mit einer Presse eingepresst werden können. Dies kann nahezu simultan zum Ziehen des Rohres erfolgen.
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Betrachtet die Grundwelle 3 gemäß den 1 und 2, so kann man erkennen, dass diese insgesamt vier Abflachungen 4 aufweist, welche über Kreissegmente 8 miteinander verbunden sind. Bei dem gemäß der 3 dargestellten Herstellungsverfahren werden sechs Stempel 7 eingesetzt, so dass die mit diesem Werkzeug hergestellte Grundwelle 3 anschließend insgesamt sechs Abflachungen 4 aufweisen würde.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass längsendseitig der Grundwelle 3 Lagerbereiche 9 angeordnet sind, über welche die Grundwelle 3 und damit auch die Rotorwelle 1 im Elektromotor 2 gelagert werden können. Die Lagerbereiche 9 können dabei einen integralen Bestandteile der Grundwelle 3 bilden oder sie können als separate Lagerstopfen 10 ausgebildet sein, welche in die Grundwelle 3 eingesteckt und beispielsweise über eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, einen Presssitz oder einen thermischen Fügesitz mit der Grundwelle 3 fixiert sind.
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Betrachtet man die 1 und 2 weiter, so kann man erkennen, dass die zumindest eine Abflachung 4, hier die jeweiligen vier Abflachungen 4, innerhalb eines Außendurchmessers DA liegen, was den großen Vorteil bietet, dass die einzelnen Blechpakete 5 im Bereich der Abflachungen 4 angeordnet werden können, jedoch der weitere nicht mit Abflachungen 4 versehene Außenmantelbereich der Grundwelle 3 zur Aufnahme weiterer Komponenten, beispielsweise eines Lagerstopfens 10, genutzt werden können.
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Die Verbindung zwischen den Blechpaketen 5 und der Grundwelle 3 kann dabei beispielsweise stoffschlüssig über eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung, kraftschlüssig über einen Presssitz oder einen thermischen Fügesitz oder eine Kombination hieraus erfolgen. Sämtliche genannten, jedoch nicht abschließenden Verbindungsmöglichkeiten, bieten dabei den großen Vorteil, eine schnelle und zugleich zuverlässige Montage der Blechpakete 5 auf der Grundwelle 3 zu ermöglichen.
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Die mindestens eine Abflachung 4 kann auch unter wenigstens einem Blechpaket 5 angeordnet sein, während die übrigen Blechpakete 5 untereinander axial form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden sind. Die zumindest eine Abflachung 4 kann generell als Einflach, als Zweiflach, als Vier-, Sechs- oder Mehrkant ausgeführt sein.
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Gemäß der 1 sind dabei die Abflachungen 4 mit Ausnahme der Lagerbereiche 9 über die gesamte Länge der Grundwelle 3 angeordnet, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, dass die Abflachungen 4 nur in einem genau vordefinierten und lokal begrenzten Bereich der Außenmantelfläche der Grundwelle 3 angeordnet sind.
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Der große Vorteil der erfindungsgemäßen Rotorwelle 1 liegt dabei insbesondere darin begründet, dass eine Außenmantelfläche der Grundwelle 3, mit Ausnahme des Einbringens der Abflachungen 4, nicht nachbearbeitet werden muss und zudem größere Maßungenauigkeiten bei der Herstellung der Grundwelle 3 toleriert werden können. Insbesondere ist auch keine aufwändige und damit teure Nachbearbeitung der Außenmantelfläche der Grundwelle 3 erforderlich, wie dies bei einer Pass-Nut-Verbindung erforderlich war, über welche bisherige Blechpakete 6 an einer bisherigen Grundwelle angeordnet wurden. Das Einbringen der Abflachungen 4, beispielsweise mittels der Stempel 7, wie dies gemäß der 3 gezeigt ist, kann dabei über ein entsprechendes Formwerkzeug, beispielsweise eine Gesenkschmiede oder eine Hammervorrichtung, realisiert werden. Da die Bleche der Blechpakete 5 gestanzt werden, können auch in die Blechpakete 5 vergleichsweise einfach und kostengünstig eine oder mehrere Abflachungen 4' eingebracht werden, die vorzugsweise komplementär zu den an der Grundwelle 3 angeordneten Abflachungen 4 ausgebildet sind und dadurch eine formschlüssige Verbindung mit der Grundwelle 3 ermöglichen. Die Blechpakete 5 können beispielsweise mittels einer Press-, Spiel- oder Übergangspassung formschlüssig auf der Grundwelle 3 gefügt werden.
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Alles in Allem lässt sich somit die erfindungsgemäße Rotorwelle 1 und damit auch der erfindungsgemäße Rotor 6 bzw. der diesen Rotor 6 aufnehmende Elektromotor 2 kostengünstig und fertigungstechnisch einfach hergestellt werden.
