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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor eines Elektromotors mit einer Grundwelle und mit Blechpaketen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Elektromotor mit einem solchen Rotor.
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Gattungsgemäße Rotoren eines Elektromotors besitzen üblicherweise eine Grundwelle, auf der Blechpakete montiert sind. Derartige Blechpakete können beispielsweise metallische Kerne zur Aufnahme einer Spule bilden. Da derartige Motoren in Elektromotoren vergleichsweise hohe Umdrehungszahlen besitzen, treten nicht zu unterschätzende fliehkraftbedingte Kräfte auf, sofern der Rotor eine Unwucht besitzt. Unwuchten können dabei vergleichsweise schnell zu Lagerschäden und damit zu einem Ausfall des Elektromotors führen, weshalb zur Kompensation bislang Wuchtelemente bzw. Wuchtscheiben vorgesehen sind, die die Unwucht des Rotors ausgleichen können. Derartige Wuchtelemente stellten bislang separate Bauteile dar, die nicht nur separat gefertigt, sondern zusätzlich montiert werden mussten, was einen nicht zu unterschätzenden Kostenaufwand bedeutet.
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Darüber hinaus weisen solche Motoren Antriebselemente auf, die einen Axialfortsatz zu einer Rotorwelle bilden und ein mit dem Elektromotor verbundenes Aggregat antreiben. Solche Antriebselemente wurden bislang ebenfalls separat auf einer Rotorwelle des Rotors des Elektromotors montiert und mussten demzufolge nicht nur separat hergestellt, sondern ebenfalls in einem separaten Montageschritt montiert werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
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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, mehrere bislang separat ausgebildete und auch separat zu montierende Komponenten nun in einem gemeinsamen, einstückigen Bauteil integral zusammenzufassen, wodurch sowohl die separate Herstellung als auch die separate Montage entfallen können und dadurch ein Rotor kostengünstiger und montagefreundlicher hergestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Rotor eines Elektromotors weist dabei in bekannter Weise eine Grundwelle, beispielsweise eine Hohlwelle, auf, an/auf der entsprechende Blechpakete angeordnet sind. Derartige Blechpakete bilden beispielsweise metallische Kerne zur Aufnahme von Spulen. Ebenfalls vorgesehen ist zumindest ein Wuchtelement zum Ausgleich einer Unwucht des Rotors. Erfindungsgemäß sind nun das Wuchtelement und ein Antriebselement integral ausgebildet und bilden ein einstückiges Bauteil. Das Bauteil mit integriertem Wuchtelement und Antriebselement stellt im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bislang separat gefertigten und zu montierenden Wuchtscheiben bzw. Antriebselementen nunmehr ein einstückiges Bauteil dar, das in einem Herstellungsschritt gefertigt und in einem Montageschritt montiert werden kann. Hierdurch lässt sich eine deutliche Kostenreduzierung bezüglich der Herstellung und der Fertigung bzw. der Montage des erfindungsgemäßen Rotors erreichen.
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Das als „Antriebselement“ bezeichnete Bauteil treibt ein weiteres Aggregat an und kann deshalb selbstverständlich auch als Abtriebselement bezeichnet werden.
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Das Wuchtelement und das Antriebselement können auch integral in/an/mit einer Halteeinrichtung ausgebildet sein. In diesem Fall weist das Bauteil eine integral damit ausgebildete Halteeinrichtung auf. Die Halteeinrichtung hält dabei sowohl die Grundwelle als auch die Blechpakete und stellt darüber hinaus im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bislang separat gefertigten und zu montierenden Wuchtscheiben bzw. Antriebselementen nunmehr eine integrale Baugruppe dar, die in einem Herstellungsschritt gefertigt und in einem Montageschritt montiert werden kann. Hierdurch lässt sich eine weitere Funktion in das einstückige Bauteil integrieren. Dabei können das Antriebselement als zylinderförmiger Axialfortsatz und das Wuchtelement als Radialkragen an der Halteeinrichtung bzw. dem einstückigen Bauteil ausgebildet sein, wobei der Radialkragen und der Axialfortsatz über einen Hohlzylinderabschnitt miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen, besonders bevorzugten, Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors, ist eine Fixierung der Halteeinrichtung an der Grundwelle über den Hohlzylinderabschnitt möglich. Der vom Hohlzylinderabschnitt radial abstehende Radialkragen bildet dabei nicht nur das Wuchtelement, sondern zugleich einen Haltekragen zur Halterung bzw. Fixierung der Blechpakete, so dass diese rein theoretisch mit Radialabstand zur Grundwelle angeordnet werden können, was wiederum den großen Vorteil bietet, dass die Grundwelle an ihrer Außenmantelfläche nicht bearbeitet und dadurch kostengünstiger hergestellt werden kann und zugleich einen Lüftungsraum bildet.
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Zweckmäßig ist die Halteeinrichtung über ihren Hohlzylinderabschnitt mittels eines Presssitzes auf der Grundwelle fixiert. Ein derartiger Presssitz kann fertigungstechnisch vergleichsweise einfach, jedoch äußerst zuverlässig und kostengünstig hergestellt werden, wodurch die Montage des Rotors einerseits qualitativ hochwertig und andererseits kostengünstig möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen der Halteeinrichtung, insbesondere zwischen dem Radialkragen des Wuchtelements, und den Blechpaketen ein Federelement angeordnet. Mittels eines derartigen Federelementes ist es möglich, eine Vorspannung zwischen der Halteeinrichtung bzw. deren Radialkragen und axialen Stirnseiten der Blechpakete zu erreichen, wodurch die Blechpakete zuverlässig, selbst bei hohen Umdrehungszahlen und dabei auftretenden hohen Fliehkräften, gehalten werden können. Mittels eines derartigen Federelements ist es zudem möglich, fertigungsbedingte Herstellungstoleranzen vergleichsweise einfach kompensieren zu können, wodurch höhere Maßtoleranzen tolerierbar sind, was ebenfalls eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht.
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Zweckmäßig ist das Federelement als Ringwellenscheibe oder als elastisches Kunststoffteil ausgebildet. Ein elastisches Kunststoffteil kann beispielsweise als Kunststoffringscheibe ausgebildet sein und aufgrund eines gummiartigen Charakters eine hohe Haftreibung zwischen den Blechpaketen und dem Federelement erzeugen, was erhöhte Haltekräfte bewirkt. Ebenfalls ist denkbar, dass das Federelement als Ringwellenscheibe ausgebildet ist, wobei eine derartige Ringwellenscheibe beispielweise aus Metall, insbesondere aus Blech, oder aus Kunststoff ausgebildet sein kann. Eine „Ringwellenscheibe“ bedeutet dabei, dass einzelne Wellenberge und Wellentäler der Ringwellenscheibe ring-/kreisförmig angeordnet sind und durch eine axiale Vorspannung des Radialkragens gegen die Blechpakete hinsichtlich der Amplitude gestaucht werden können. Unabhängig von der beschriebenen Ausführungsform bieten beide Federelemente die Möglichkeit, fertigungsbedingte Maßtoleranzen auszugleichen und zugleich eine elastische Vorspannung zwischen der Halteeinrichtung, das heißt deren Radialkragen, und den Blechpaketen aufzubringen, wodurch eine verbesserte Fixierung der Blechpakete am Rotor erreicht werden kann.
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Zweckmäßig weist das Antriebselement bzw. Abtriebselement einen geringeren Außendurchmesser auf als die Grundwelle. Dies bietet den großen Vorteil, dass kein Zwischenelement für die Anbindung an das Getriebe, den Antrieb oder z.B. Sensoren vorgesehen werden muss.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind die Blechpakete axial formschlüssig miteinander verbunden und/oder miteinander verklebt. Hierdurch ist es möglich, dass die Blechpakete bereits aneinander gehalten sind, wodurch auch nicht direkt mit einem Federelement bzw. einem Radialkragen der Halteeinrichtung in Kontakt tretende Blechpakete zuverlässig fixiert werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors sind die Blechpakete und die Halteeinrichtung axial formschlüssig miteinander verbunden. Einen derartigen axialen Formschluss können beispielsweise Ausnehmungen darstellen, die in dem Radialkragen der Halteeinrichtung, das heißt im konkreten Fall in dem Wuchtelement der Halteeinrichtung, angeordnet sind, in welche die Blechpakete vorzugsweise formschlüssig eingreifen. Sind derartige Ausnehmungen an einem in Radialrichtung liegenden äußeren Rand geschlossen, ist es denkbar, die Blechpakte allein aufgrund des Formschlusses mit der Halteeinrichtung zuverlässig am Rotor zu fixieren. In diesem Fall wäre zwischen dem jeweiligen Blechpaket und dem Wuchtelement kein Federelement vorgesehen.
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Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Blechpakete und die Halteeinrichtung bzw. die Grundwelle miteinander verklebt sind. Derartige Klebeverbindungen sind heutzutage kostengünstig herzustellen und aufgrund der von Klebstoffen aufbringbaren hohen Haltekräfte in der Lage, die Blechpakete auch ausschließlich über eine Klebeverbindung zuverlässig am Rotor zu halten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist in das Wuchtelement zumindest eine Bohrung zum Ausgleich einer Unwucht vorgesehen. Zum Ausgleich einer Unwucht des Rotors können entweder Zusatzgewichte an dem Wuchtelement angeordnet oder aber Ausnehmungen bzw. Gewichtsreduzierungen an derselben vorgenommen werden, wobei über derartige Gewichtsreduzierungen, beispielsweise Ausnehmungen oder Bohrungen, die Unwucht des Rotors zumindest reduziert, vorzugsweise sogar gänzlich eliminiert wird. Im Vergleich zu zusätzlichen Auswuchtgewichten, stellen die erfindungsgemäß vorgesehenen Bohrungen einen großen Vorteil dar, da diese kein zusätzliches Gewicht erzeugen, sondern das Gewicht des Rotors insgesamt sogar reduzieren und trotzdem in der Lage sind, gegebenenfalls vorhandene Unwuchten auszugleichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, ist das Bauteil mit Antriebselement und Wuchtelement als Stopfen ausgebildet und greift in die Grundwelle ein, bzw. ist insbesondere in diese eingepresst. In diesem Fall kann eine bauraumoptimierte Anordnung erreicht werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Grundwelle als Rohr ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, das Gewicht im Vergleich zu einer Vollwelle deutlich zu reduzieren und zugleich eine vergleichsweise hohe Steifigkeit der Grundwelle zu erhalten.
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Generell gilt, dass je Rotor selbstverständlich auch zwei solcher, in den vorherigen Absätzen beschriebener, Bauteile mit Halteeinrichtungen vorgesehen sein können, zwischen welchen die Grundwelle und die Blechpakete eingespannt sind. Rein theoretisch selbstverständlich auch lediglich das Vorsehen einer einzigen Halteeinrichtung denkbar. Auch ist denkbar, dass auf der einen Seite als einstückiges Bauteil ein Stopfen und auf der anderen Seite eine Halteeinrichtung vorgesehen sind.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Elektromotor mit einem solchen Rotor auszustatten und dadurch einen qualitativ hochwertigen und zugleich kostengünstigen Elektromotor herstellen zu können.
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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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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor eines ebenfalls erfindungsgemäßen Elektromotors,
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors.
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Entsprechend den 1 und 2, weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 eines im Übrigen nicht dargestellten Elektromotors 2, eine Grundwelle 3 auf, an/auf der Blechpakete 4 angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen ist zumindest ein Wuchtelement 5, gemäß der 1 sogar zwei Wuchtelemente 5, zum Ausgleich von Unwuchten des Rotors 1. Erfindungsgemäß sind nun das Wuchtelement 5 und ein Antriebselement 6 integral ausgebildet und bilden ein einstückiges Bauteil 13. Gemäß der 1 bildet das Bauteil 13 zusätzlich eine Halteeinrichtung 7 zur Fixierung der Blechpakete 4.
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Gemäß der 1 sind dabei an dem Rotor 1 zwei Halteeinrichtungen 7 eingezeichnet, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass ein derartiger Rotor 1 lediglich ein einziges Bauteil 13 mit Halteeinrichtung 7, einem Wuchtelement 5 und einem Antriebselement 6 aufweist.
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Mit der Halteeinrichtung 7 ist es erstmals möglich, eine bislang separate Wuchtscheibe sowie ein separates Antriebselement nunmehr in der Halteeinrichtung 7 zusammenzufassen und integral auszubilden, so dass die Halteeinrichtung 7 mit dem Antriebselement 6 und dem Wuchtelement 5 in einem gemeinsamen Herstellungsprozess hergestellt und in einem gemeinsamen Montageprozess montiert werden können.
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Das Antriebselement 6 kann als zylinderförmiger Axialfortsatz ausgebildet sein, während das Wuchtelement 5 als Radialkragen ausgebildet sein kann. Gemäß der 1 sind dabei der Radialkragen 5 und der Axialfortsatz über einen Hohlzylinderabschnitt 8 miteinander verbunden. Die Halteeinrichtung 7 kann dabei über ihren jeweiligen Hohlzylinderabschnitt 8 mit der Grundwelle 3 verbunden sein, beispielsweise über einen Presssitz, eine Verklebung, eine Verlötung oder ein thermisches Fügeverfahren.
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Betrachtet man die 1 näher, so kann man erkennen, dass zwischen der Halteeinrichtung 7, insbesondere zwischen dem Radialkragen bzw. dem Wuchtelement 5, und den Blechpaketen 4 ein Federelement 9 angeordnet ist, welches es ermöglicht, axiale Maßungenauigkeiten zu kompensieren. Ebenfalls ist dabei denkbar, dass bei einem Aufpressen der Halteeinrichtung 7 über ihren Hohlzylinderabschnitt 8 auf die Grundwelle 3 ein so starkes axiales Vorspannen der Blechpakete 4 erfolgt, dass diese zuverlässig gehalten sind und keiner weiteren Fixierung bedürfen. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass lediglich ein solches Federelement 9 vorgesehen ist, das heißt anders als in der derzeitig dargestellten 1.
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Das Federelement 9 kann beispielsweise als Ringwellenscheibe oder als elastisches Kunststoffteil ausgebildet sein, wobei es gemäß der 1 als Ringwellenscheibe dargestellt ist. Eine derartige Ringwellenscheibe besitzt kreisförmige Wellenberge und Wellentäler und ermöglicht eine Stauchung in Axialrichtung und damit eine Federvorspannung der Blechpakete 4 bzw. auch einen Ausgleich von gegebenenfalls vorhandenen axialen Maßungenauigkeiten.
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Die einzelnen Blechpakete 4 können dabei axial formschlüssig miteinander verbunden sein, so dass in einem der Blechpakete 4 beispielsweise eine Ausnehmung 10 vorgesehen ist, in welche ein benachbartes Blechpaket 4 mit einem entsprechenden Fortsatz 11 eingreift. Zusätzlich oder alternativ können die einzelnen Blechpakete 4 selbstverständlich auch miteinander verklebt sein.
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In analoger Weise ist es auch denkbar, dass die Blechpakete 4 und die Halteeinrichtung 7 axial formschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise in derselben Art und Weise wie die zuvor beschriebenen Blechpakete 4 untereinander, wobei auch hier selbstverständlich denkbar ist, dass die Blechpakete 4 und die Halteeinrichtung 7 miteinander verklebt sind.
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Um eventuell vorhandene Unwuchten des Rotors 1 ausgleichen zu können, kann entsprechend den 1 und 2 in dem Wuchtelement 5 zumindest eine Bohrung 12 vorgesehen sein, die generell auch als Ausnehmung gestaltet sein kann und eine Materialreduzierung und damit eine Gewichtsreduzierung bzw. Massereduzierung darstellt. Alternativ wäre selbstverständlich auch denkbar, Unwuchtelemente anzuordnen.
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Die Grundwelle 3 kann darüber hinaus als Hohlwelle bzw. als Rohr ausgebildet sein und dadurch eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit und gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweisen. Hierdurch ist es möglich, den Rotor 1 insgesamt gewichtsreduziert auszubilden.
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Entsprechend der 2 ist das Antriebselement 6 bzw. das einstückige Bauteil 13 als Stopfen ausgebildet und greift in die Hohlwelle bzw. die Grundwelle 3 ein, bzw. ist insbesondere in diese eingepresst. Dabei kann der das Wuchtelement 5 bildende Abschnitt des Bauteils 13 in die Grundwelle 3 eingreifen und dadurch bauraumoptimiert angeordnet werden. Das Wuchtelement 5 kann dabei natürlich auch durch Teile des Antriebselements 6 bzw. des Radialkragens gebildet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 ist es möglich, bislang separat gefertigte Bauteile, nämlich eine Wuchtscheibe und ein Antriebselement, nunmehr in einem einstückigen Bauteil 13 zusammenzufassen. Hierdurch können nicht nur der Fertigungsprozess einfacher und kostengünstiger gehalten werden, sondern zugleich auch ein Montageprozess, da lediglich ein einziges Bauteil 13 mit der Grundwelle 3 und den Blechpaketen 4 montiert werden muss, ohne dass ein separates Montieren des Wuchtelements 5 bzw. des Antriebselements 6 erfolgen muss.
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Durch den erfindungsgemäßen Rotor 1 kann auch der erfindungsgemäße Elektromotor 2 kostengünstiger hergestellt werden.
