DE102021105744A1

DE102021105744A1 - Rotorhohlwelle

Info

Publication number: DE102021105744A1
Application number: DE102021105744.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Raidt; Bernd Rudert
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022189478A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse rotierenden Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Zylindermantel (2), der einen Wellenhohlraum (3) umgibt, sowie beidseitig an dem Zylindermantel (2) angeordneten Stirnflanschen (4), wobei wenigstens ein Stirnflansch (4) in einen hohlen Wellenzapfen (5) übergeht, wobei die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) bereichsweise als Lagersitz (7) ausgebildet ist, wobei am Außenumfang des Zylindermantels (2) mit Stromzuleitungen (10) verbundene Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei die Stromzuleitungen (10) am den Rotorwicklungen abgewandten Ende in Schleifkontakten (11) münden, die am freien Ende des Wellenzapfens (5) angeordnet sind.Dabei ist vorgesehen, dass die Rotorwelle einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem rohr- oder rondenförmigen Ausgangskörper gebildet ist, wobei die Stromzuleitungen (10) wenigstens im Bereich des Lagersitzes (7) im Hohlraum (6) des Wellenzapfens (5) angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel (12) aus Kunststoff eingebettet sind, der an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) angeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse rotierenden Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Zylindermantel, der einen Wellenhohlraum umgibt, sowie beidseitig an dem Zylindermantel angeordneten Stirnflanschen, wobei wenigstens ein Stirnflansch in einen hohlen Wellenzapfen übergeht, wobei die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens bereichsweise als Lagersitz ausgebildet ist, wobei am Außenumfang des Zylindermantels mit Stromzuleitungen verbundene Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei die Stromzuleitungen am den Rotorwicklungen abgewandten Ende in Schleifkontakten münden, die am freien Ende des Wellenzapfens angeordnet sind.
Bei fremderregten Synchronmaschinen sind sowohl auf dem Stator als auch auf der Rotorwelle Magnetspulen verbaut, durch welche während des Betriebes Strom fließt. Während die Stromzuleitung zu den Wicklungen des ortsfesten Stators unproblematisch ist, erfolgt die Stromzuleitung zu den Rotorwicklungen über Schleifringe an der Rotorwelle und feststehende Bürsten. Von den Schleifringen zu den Rotorwicklungen sind somit an der Rotorwelle verlaufende Stromzuleitungen erforderlich.
Bei einer bekannten Rotorhohlwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1, die z.B. in der fremderregten Synchronmaschine des Fahrzeugtyps „Renault Zoe“ eingesetzt wird, sind die Schleifkontakte am freien Ende eines Wellenzapfens der Rotorhohlwelle angeordnet und die Stromzuleitungen verlaufen an der Außenumfangsfläche des Wellenzapfens. Im Bereich des Lagersitzes sind Längsnuten in den Außenumfang des Wellenzapfens eingebracht, durch welche die Stromzuleitungen geführt sind, welche im Einbauzustand im Bereich des Lagersitzes radial außenseitig vom zugeordneten Lagerring umgeben sind. Der Lagerring liegt somit aufgrund dieser Längsnuten nicht umlaufend vollflächig am Wellenzapfen an. Dies erschwert einerseits die Montage des Lagers und führt anderseits zu einer Materialschwächung der Rotorhohlwelle in diesem Bereich, so dass die Wandstärke des Wellenzapfens erhöht werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare, gewichtsreduzierte Rotorhohlwelle zu schaffen, bei welcher der Bereich des Lagersitzes nicht durch die Stromzuleitungen beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Rotorhohlwelle der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass diese einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem rohr- oder rondenförmigen Ausgangskörper gebildet ist, wobei die Stromzuleitungen wenigstens im Bereich des Lagersitzes im Hohlraum des Wellenzapfens angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel aus Kunststoff eingebettet sind, der an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens angeformt ist.
Erfindungsgemäß wird somit eine Hybridrotorhohlwelle bereitgestellt, die durch Streckdrücken und anschließendes Anformen des Mantels aus Kunststoff einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Da die Stromzuleitungen zumindest im Bereich des Lagersitzes eingebettet in den Mantel im Inneren des Wellenzapfens verlaufen, sind an der Außenfläche im Bereich des Lagersitzes keine materialschwächenden Längsnuten erforderlich, so dass die Wandstärke des Wellenzapfens geringer und damit gewichtssparender dimensioniert werden kann. Außerdem liegt der Lagerring vollflächig an.
Bevorzugt sind in Ausgestaltung zwischen dem Stirnflansch und dem Lagersitz des Wellenzapfens radiale Durchtrittsöffnungen vorgesehen, durch welche die Stromzuleitungen eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnungen nach außen erstreckende Ansätze des Mantels aus Kunststoff radial nach außen geführt sind.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der rohrförmige Mantel aus Kunststoff mit den eingebetteten Stromzuleitungen sich über das freie Ende des Wellenzapfens axial nach außen erstreckt, wobei die Schleifkontakte in den rohrförmigen Mantel eingebettet sind. Es ist dann nicht erforderlich, eine zusätzliche Isolierung der Schleifkontakte gegenüber dem Wellenzapfen vorzusehen. Außerdem müssen die Stromzuleitungen im Bereich der Schleifkontakte nicht durch radiale Durchtrittsöffnungen des Wellenzapfens geführt werden.
Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stromzuleitungen in innerhalb des Hohlraumes des Wellenzapfens angeordneten Abstandhaltern geführt sind. Dies erleichtert die Positionierung der Stromzuleitungen vor dem Anformen des Mantels aus Kunststoff. Die Abstandhalter sind nach dem Anformen in den Mantel eingebettet.
Des Weiteren ist angrenzend an den Stirnflansch im Hohlraum des Wellenzapfens ein Anschlagring als Anspritzkante für den rohrförmigen Mantel aus Kunststoff vorgesehen.
Dieser Anschlagring kann beim Streckdrücken bevorzugt einstückig eingeformt werden. Alternativ kann der Anschlagring auch ein Einzelteil sein, das in die Rotorhohlwelle eingesetzt wird.
Der rohrförmige Mantel kann durch Spritzgießen oder Spritzpressen (transfer moulding) angeformt sein. Als Kunststoff wird bevorzugt ein Duroplast eingesetzt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

1 einen Längsschnitt durch eine teilweise dargestellte Rotorhohlwelle.

Eine Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse L rotierenden Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, ist allgemein mit 1 bezeichnet und nur teilweise mit den für die Erfindung wesentlichen Bestandteilen dargestellt.
Die Rotorhohlwelle 1 weist einen nur bereichsweise dargestellten Zylindermantel 2 auf, auf dem beim fertigen Rotor nicht dargestellte Rotorwicklungen angeordnet sind. Der Zylindermantel 2 umgibt einen bereichsweise dargestellten Wellenhohlraum 3 und ist beidseitig jeweils durch einen Stirnflansch 4 begrenzt, von dem nur ein Stirnflansch 4 dargestellt ist. Der Stirnflansch 4 geht in einen hohlen Wellenzapfen 5 über, dessen Hohlraum mit 6 bezeichnet ist.
Die insoweit beschriebene Rotorhohlwelle 1 wird erfindungsgemäß einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem nicht dargestellten rohrförmigen oder rondenförmigen Ausgangskörper hergestellt.
Die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens 5 ist bereichsweise als Lagersitz 7 ausgebildet. Auf diesem Lagersitz 7 wird ein innerer, nicht dargestellter Lagerring eines Kugellagers od. dgl. angeordnet, wobei beidseitig des Lagersitzes 7 umlaufende Nuten 8, 9 für Sprengringe od. dgl. vorgesehen sind.
Zur Stromversorgung der nicht dargestellten Rotorwicklungen sind Stromzuleitungen 10 vorgesehen, die am den Rotorwicklungen abgewandten Ende jeweils in umlaufenden ringförmigen Schleifkontakten 11 münden. Diese Schleifkontakte 11 wirken zur Stromübertragung mit nicht dargestellten feststehenden Bürsten der elektrischen Maschine zusammen.
Erfindungsgemäß sind die Stromzuleitungen 10 wenigstens im Bereich des Lagersitzes 7 im Hohlraum 6 des Wellenzapfens 5 angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel 12 aus Kunststoff eingebettet. Dieser rohrförmige Mantel 12 ist an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens 5 angeformt (durch Spritzgießen oder Spritzpressen). Dabei sind zwischen dem Stirnflansch 4 und dem Lagersitz 7 des Wellenzapfens 5 radiale Durchtrittsöffnungen 13 vorgesehen, durch welche die Stromzuleitungen 10 eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnungen 13 nach außen streckende Ansätze 14 des Mantels 12 aus Kunststoff radial nach außen geführt sind. Von dort erstrecken sich die Stromzuleitungen 10 weiter bis zu den nicht dargestellten Rotorwicklungen. Auch die Stromzuleitungen 10 sind im Bereich außerhalb des radialen Durchtritts durch die Durchtrittsöffnungen 13 nicht weiter dargestellt.
Der rohrförmige Mantel 12 aus Kunststoff mit den eingebetteten Stromzuleitungen 10 erstreckt sich über das freie Ende des Wellenzapfens 5 axial nach außen. In diesem sich über den Wellenzapfen 5 hinaus erstreckenden freien Endbereich 12a sind die ringförmigen Schleifkontakte 11 in den rohrförmigen Mantel 12 bzw. den Endbereich 12a eingebettet.
Zur Positionierung der Stromzuleitungen 10 innerhalb des Hohlraumes 6 des Wellenzapfens 5 vor dem Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 können innerhalb des Hohlraumes 6 angeordnete Abstandhalter angeordnet sein, die nicht dargestellt sind und in denen die Stromzuleitungen 10 geführt sind. Diese Abstandhalter werden dann beim Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 in diesen eingebettet.
Um ein einwandfreies Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 zu ermöglichen, ist angrenzend an den Stirnflansch 4 im Hohlraum 6 des Wellenzapfens 5 ein Anschlagring 15 als Anspritzkante vorgesehen. Dieser Anschlagring 15 kann einstückig in die Rotorhohlwelle 1 eingeformt sein, d.h. durch Streckdrücken hergestellt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine ringförmige Anschlagkante 16 durch Streckdrücken eingeformt, an der ein separater Anschlagring 15 anliegt.
Bezugszeichenliste

1: Rotorhohlwelle
2: Zylindermantel
3: Wellenhohlraum
4: Stirnflansch
5: hohler Wellenzapfen
6: Hohlraum
7: Lagersitz
8: Nuten
9: Nuten
10: Stromzuleitung
11: Schleifkontakt
12: rohrförmiger Mantel
12a: freie Endbereiche
13: Durchtrittsöffnung
14: Ansatz
15: Anschlagring
16: Anschlagkante
L: Längsachse

Claims

Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse rotierenden Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Zylindermantel (2), der einen Wellenhohlraum (3) umgibt, sowie beidseitig an dem Zylindermantel (2) angeordneten Stirnflanschen (4), wobei wenigstens ein Stirnflansch (4) in einen hohlen Wellenzapfen (5) übergeht, wobei die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) bereichsweise als Lagersitz (7) ausgebildet ist, wobei am Außenumfang des Zylindermantels (2) mit Stromzuleitungen (10) verbundene Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei die Stromzuleitungen (10) am den Rotorwicklungen abgewandten Ende in Schleifkontakten (11) münden, die am freien Ende des Wellenzapfens (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem rohr- oder rondenförmigen Ausgangskörper gebildet ist, wobei die Stromzuleitungen (10) wenigstens im Bereich des Lagersitzes (7) im Hohlraum (6) des Wellenzapfens (5) angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel (12) aus Kunststoff eingebettet sind, der an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) angeformt ist.
Rotorhohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stirnflansch (4) und dem Lagersitz (7) des Wellenzapfens (5) radiale Durchtrittsöffnungen (13) vorgesehen sind, durch welche die Stromzuleitungen (10) eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnungen (13) nach außen erstreckende Ansätze (14) des Mantels (12) aus Kunststoff radial nach außen geführt sind.
Rotorhohlwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mantel (12) aus Kunststoff mit den eingebetteten Stromzuleitungen (10) sich über das freie Ende des Wellenzapfens (5) axial nach außen erstreckt, wobei die Schleifkontakte (11) in den rohrförmigen Mantel eingebettet sind.
Rotorhohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuleitungen (10) in innerhalb des Hohlraumes (6) des Wellenzapfens (5) angeordneten Abstandhaltern geführt sind.
Rotorhohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an den Stirnflansch (4) im Hohlraum (6) des Wellenzapfens (5) ein Anschlagring (15) als Anspritzkante für den rohrförmigen Mantel (12) aus Kunststoff vorgesehen ist.
Rotorhohlwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (15) einstückig eingeformt ist.
Rotorhohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mantel (12) durch Spritzgießen oder Spritzpressen angeformt ist.