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Die Erfindung betrifft eine Wuchtscheibe, insbesondere für eine elektrische Maschine, aufweisend eine Montageöffnung zum Anordnen der Wuchtscheibe auf einer Rotorwelle, wobei mindestens eine Kühlmittelnut in eine Vorderseite der Wuchtscheibe eingebracht ist und sich radial von der Montageöffnung aus erstreckt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine.
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In unterschiedlichen rotierenden Systemen, wie beispielsweise Rotoren von elektrischen Maschinen oder Getrieben, ist ein unbeeinträchtigter Rundlauf für die Langlebigkeit essentiell. Hierfür werden mögliche Unwuchten ausgeglichen, wodurch insbesondere die Rotorlager geringeren Belastungen ausgesetzt werden. Der Einsatz von Wuchtscheiben ist eine Möglichkeit, um Unwuchten auszugleichen.
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Üblicherweise werden derartige Wuchtscheiben mit einer Feder-Nut-Verbindung auf der Rotorwelle positioniert und gegen ein unbeabsichtigtes Verdrehen gesichert. Eine derartige Wuchtscheibe ist beispielsweise in der
CN 212649208 U offenbart. Die Wuchtscheibe weist Zuführnuten zum Leiten von Öl aus einer wellenseitigen Kavität innerhalb der Wuchtscheibe auf. Des Weiteren sind Abwurföffnungen für das Öl vorgesehen, die als Durchgangsbohrungen parallel zur Rotationsachse in die Wuchtscheibe eingebracht sind.
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In der
CN 111969791 A ist ein Elektromotor beschrieben, der im Bereich des Statormantels eine Vielzahl von Kühlmittelleitungen aufweist. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Wuchtscheibe mit radial verlaufenden Ölleitungen beschrieben, die in einer umfangsseitig verlaufenden Auswurfnut münden. Die Ölleitungen sind mit Ölzuführungen in der Rotorwelle fluidführend verbunden.
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Aus der
DE 10 2018 111 993 A1 ist ein Rotor mit einer zweiteiligen Endscheibe bekannt. Die Endscheibe weist eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen auf, die ein Kühlmittel von der Rotorachse auf Statorwickelköpfe oder den Stator leiten. Auch die
US 10,897,179 B2 beschreibt eine derartige zweiteilige Endscheibe.
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Wird eine Wuchtscheibe alternativ ohne eine Feder-Nut-Verbindung auf eine Rotorwelle gepresst, entstehen insbesondere bei voneinander abweichenden Materialien der Wuchtscheibe und der Rotorwelle mechanische Spannungsspitzen, die in einer Schädigung der Bauteile resultieren können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wuchtscheibe zu schaffen, die mittels Presspassung auf eine Rotorwelle anbringbar ist und eine verringerte Gefahr einer Beschädigung aufgrund von Spannungsspitzen aufweist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Wuchtscheibe, insbesondere für eine elektrische Maschine, bereitgestellt. Die Wuchtscheibe weist eine Montageöffnung zum Anordnen der Wuchtscheibe auf einer Rotorwelle auf. Mindestens eine Kühlmittelnut ist in eine Vorderseite der Wuchtscheibe eingebracht und erstreckt sich radial von der Montageöffnung aus. Erfindungsgemäß ist die Montageöffnung dazu eingerichtet, eine reibschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Rotorwelle auszubilden, wobei die Montageöffnung mit einer Vielzahl von mechanischen Entlastungskanälen versehen ist.
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Durch das Ausbilden der Wuchtscheibe mit Entlastungskanälen werden Spannungsspitzen bei einer Montage der Wuchtscheibe auf der Rotorwelle vermindert. Die Entlastungskanäle können als randseitige Nuten oder als Aussparungen im Bereich der Montageöffnung ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Entlastungskanälen vorgesehen, die gleichmäßig entlang eines Umfangs der Montageöffnung verteilt sind.
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Die Wuchtscheibe kann besonders robust ausgestaltet sein, wenn sie aus einem ersten als Metall ausgestalteten Material, insbesondere aus Aluminium, hergestellt ist. Durch diese Maßnahme kann die Wuchtscheibe üblichen Kräften im Betrieb einer elektrischen Maschine widerstehen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Wuchtscheibe eine Vielzahl von radial verteilten Bohrungen auf, die als Anspritzbohrungen für ein zweites, auf eine Rückseite oder die Vorderseite der Wuchtscheibe aufgetragenes, Material, insbesondere ein Duroplast oder ein Thermoplast oder ein Elastomer, dienen. Hierdurch kann die Wuchtscheibe mit einem zweiten Material versehen werden, welches technisch einfacher bearbeitet werden kann, um Leitflächen, Kanäle, Kavitäten, Aussparungen als Unwuchtausgleich und dergleichen in die Rückseite der Wuchtscheibe einzubringen.
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Die Wuchtscheibe kann besonders vielseitig zum Verteilen eines Kühlmittels ausgestaltet sein, wenn die Kühlmittelnut in das erste Material und/oder in das zweite Material der Wuchtscheibe eingebracht ist. Das Kühlmittel kann vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Fluid, wie beispielsweise Öl, sein. Die mindestens eine Kühlmittelnut kann beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Das zweite Material kann besonders effizient und gleichmäßig auf die Vorderseite der Wuchtscheibe appliziert werden, wenn in das erste Material der Wuchtscheibe mindestens zwei Verteilbereiche in Form von Aussparungen eingebracht sind. Bevorzugterweise kann das zweite Material durch Spritzpressen aufgebracht werden. Hierzu können die Verteilbereiche in Anspritzbohrungen münden, durch die das zweite Material auf die Vorderseite eingebracht wird. Bevorzugterweise kann die Wuchtscheibe in einer Gegenform derart positioniert werden, dass zwischen der Vorderseite und einer Kavität der Gegenform das zweite Material eingebracht und ausgehärtet werden kann. Anschließend kann die Gegenform und optionale Platzhalter für Kanäle und Aussparungen im zweiten Material entfernt werden. Das zweite Material kann somit über die Rückseite durch die Anspritzbohrungen auf die Vorderseite appliziert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine radial umlaufende Nut in die Vorderseite eingebracht, die mindestens zwei Kühlmittelnuten miteinander verbindet. Durch diese Maßnahme kann das in die Kühlmittelnuten hineingeleitete Kühlmittel besonders gleichmäßig radial verteilt werden.
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Das über die Kühlmittelnuten auf die Wuchtscheibe geleitete Kühlmittel kann optimal auf den Stator und/oder auf Statorwickelköpfe und/oder auf statorseitige Kühlkanäle gelenkt werden, wenn mindestens zwei erste Kühlmittelabwurfkanäle in die Wuchtscheibe eingebracht sind, wobei die ersten Kühlmittelabwurfkanäle sich von der Vorderseite durch die Wuchtscheibe bis zur Rückseite erstrecken und auf der Rückseite einen ersten Abwurfwinkel aufweisen.
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Das Kühlmittel kann besonders gleichmäßig auf die Statorwickelköpfe und die statorseitigen Kühlkanäle geleitet werden, wenn mindestens zwei zweite Kühlmittelabwurfkanäle in die Wuchtscheibe eingebracht sind, wobei die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle sich von der Vorderseite durch die Wuchtscheibe bis zu einer Umfangsseite erstrecken und auf der Umfangsseite einen zweiten Abwurfwinkel aufweisen.
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Insbesondere durch eine Kombination aus den ersten Kühlmittelabwurfkanälen und den zweiten Kühlmittelabwurfkanälen mit den ersten Abwurfwinkeln und den zweiten Abwurfwinkeln kann eine optimierte Verteilung des von der Wuchtscheibe abgeworfenen Kühlmittels realisiert werden.
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Das auf die Wuchtscheibe geleitete Kühlmittel kann besonders effizient in die Kühlmittelabwurfkanäle hineingeleitet werden, wenn die ersten Kühlmittelabwurfkanäle und die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle jeweils einen Mündungsabschnitt an der Vorderseite der Wuchtscheibe aufweisen. Die Mündungsabschnitte können vorzugsweise einen vergrößerten Querschnitt und/oder Leitflächen zum optimierten Aufnehmen des Kühlmittels aufweisen.
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Die Mündungsabschnitte der ersten Kühlmittelabwurfkanäle und die Mündungsabschnitte der zweiten Kühlmittelabwurfkanäle können identisch oder voneinander abweichend ausgestaltet sein, um eine gleiche oder ungleiche Verteilung des Kühlmittels innerhalb der jeweiligen Kühlmittelabwurfkanäle zu erzielen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt. Die elektrische Maschine weist einen Rotor und eine mit dem Rotor kraftschlüssig und/oder reibschlüssig verbundene Wuchtscheibe auf. Durch die im Bereich der Montageöffnung der Wuchtscheibe eingebrachten Entlastungskanäle können mechanische Spannungen zwischen dem Rotor und der Wuchtscheibe besonders effizient verteilt und Spannungsspitzen vermieden werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung auf eine Vorderseite einer Wuchtscheibe gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,
- 2 eine perspektivische Darstellung auf eine Rückseite der Wuchtscheibe aus 1.
- 3 eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine mit einer Wuchtscheibe aus 1.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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In der 1 ist eine perspektivische Darstellung auf eine Vorderseite 11 einer Wuchtscheibe 10 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Eine Rückseite 12 der Wuchtscheibe 10 ist in der 2 in einer perspektivischen Darstellung illustriert. Die Wuchtscheibe 10 weist eine Montageöffnung 20 zum Anordnen der Wuchtscheibe 10 auf einer Rotorwelle 110 auf, welche in 3 dargestellt ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Kühlmittelnuten 21 in die Vorderseite 11 der Wuchtscheibe 10 eingebracht. Dabei können, nicht dargestellte, Kühlmittelöffnungen in der Rotorwelle 110 an den Kühlmittelnuten 21 münden und ein Kühlmittel über die Kühlmittelnuten 21 hinaus auf die Vorderseite 11 der Wuchtscheibe 10 leiten. Die Kühlmittelnuten 21 erstrecken sich radial ausgehend von der Montageöffnung 20. Eine umlaufende Nut 24 verbindet die Kühlmittelnuten 21 endseitig miteinander.
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Die Montageöffnung 20 ist dazu eingerichtet, eine reibschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung mit der Rotorwelle 110 auszubilden und weist eine Vielzahl von mechanischen Entlastungskanälen 22 auf, die parallel bzw. zusätzlich zu den Kühlmittelnuten 21 entlang der Montageöffnung 20 gleichmäßig verteilt sind. Hierdurch können mechanische Spannungen gleichmäßiger entlang der Montageöffnung 20 verteilt werden. Des Weiteren ist die Montageöffnung 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Rückseite 12 mit einer umlaufenden Verstärkung 23 in Axialrichtung A versehen, um eine größere Verbindungsfläche zur Rotorwelle 110 bereitzustellen.
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Das über die Kühlmittelnuten 21 auf die Wuchtscheibe 10 geleitete Kühlmittel kann optimal auf einen, in 3 gezeigten, Stator 120 gelenkt werden, wenn mindestens zwei erste Kühlmittelabwurfkanäle 31 in die Wuchtscheibe 10 eingebracht sind. Des Weiteren sind zwei zweite Kühlmittelabwurfkanäle 32 in die Wuchtscheibe 10 eingebracht. Die ersten Kühlmittelabwurfkanäle 31 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 sind ebenfalls einander gegenüberliegend angeordnet. Die ersten Kühlmittelabwurfkanäle 31 und die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 sind um 90° relativ zueinander gedreht positioniert.
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Die ersten Kühlmittelabwurfkanäle 31 und die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 weisen jeweils einen Mündungsabschnitt 33 an der Vorderseite 11 der Wuchtscheibe 10 auf.
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Die ersten Kühlmittelabwurfkanäle 31 münden auf der Rückseite 12 mit einem ersten Abwurfwinkel W1.
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Die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 erstrecken sich von der Vorderseite 11 durch die Wuchtscheibe 10 hindurch bis zu einer Umfangsseite 13 der Wuchtscheibe 10. Auf der Umfangsseite 13 weisen die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 jeweils einen zweiten Abwurfwinkel W2 auf.
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Die Wuchtscheibe 10 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem ersten Material 14, welches beispielsweise eine Aluminiumlegierung ist. Des Weiteren ist ein zweites Material 15 auf die Wuchtscheibe 10 appliziert. Das zweite Material 15 wurde über Anspritzbohrungen 40 ausgehend von der Rückseite 12 auf die Vorderseite 11 appliziert. Das zweite Material 15 kann vorzugsweise ein Kunststoff sein.
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Bevorzugterweise kann das zweite Material 15 durch Spritzpressen aufgebracht werden. Hierzu können die Anspritzbohrungen 40 in Verteilbereichen 41 münden, durch die das zweite Material 15 auf die Rückseite 12 eingebracht wird. Das zweite Material 15 kann somit über die Rückseite 12 durch die Anspritzbohrungen 40 auf Vorderseite 11 appliziert werden.
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In der 3 ist eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine 100 mit einer Wuchtscheibe 10 aus 1 gezeigt. Die elektrische Maschine 10 weist einen Rotor 111 mit einer Rotorwelle 110 auf. Auf der Rotorwelle 110 ist die Wuchtscheibe 10 kraftschlüssig und/oder reibschlüssig angeordnet. Durch die im Bereich der Montageöffnung 20 der Wuchtscheibe 10 eingebrachten Entlastungskanäle 22 können mechanische Spannungen zwischen der Rotorwelle 110 und der Wuchtscheibe 10 besonders effizient verteilt und Spannungsspitzen vermieden werden. Umfangsseitig um den Rotor 111 angeordnet ist ein Stator 120.
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Die ersten Kühlmittelabwurfkanäle 31 münden auf der Rückseite 12 mit dem ersten Abwurfwinkel W1. Die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 erstrecken sich von der Vorderseite 11 durch die Wuchtscheibe 10 hindurch bis zu der Umfangsseite 13 der Wuchtscheibe 10. Auf der Umfangsseite 13 weisen die zweiten Kühlmittelabwurfkanäle 32 jeweils einen zweiten Abwurfwinkel W2 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- elektrische Maschine
- 110
- Rotorwelle
- 111
- Rotor
- 120
- Stator
- 10
- Wuchtscheibe
- 11
- Vorderseite
- 12
- Rückseite
- 13
- Umfangsseite
- 14
- erste Material
- 15
- zweite Material
- 20
- Montageöffnung
- 21
- Kühlmittelnuten
- 22
- Entlastungskanäle
- 23
- umlaufenden Verstärkung
- 24
- umlaufende Nut
- 31
- erste Kühlmittelabwurfkanäle
- 32
- zweite Kühlmittelabwurfkanäle
- 33
- Mündungsabschnitt
- 40
- Anspritzbohrungen
- 41
- Verteilbereiche
- A
- Axialrichtung
- W1
- erster Abwurfwinkel
- W2
- zweiter Abwurfwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 212649208 U [0003]
- CN 111969791 A [0004]
- DE 102018111993 A1 [0005]
- US 10897179 B2 [0005]
