DE102022103861A1

DE102022103861A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102022103861A1
Application number: DE102022103861.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Schulze Middendorf
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für (1) eine elektrische Maschine, bei welchem eine Rotorwelle (2) bereitgestellt wird, welche einen eine polygonale Außenkontur (A) aufweisenden Aufnahmebereich (4) für wenigstens ein Blechpaket (3) aufweist, wobei das wenigstens eine, eine Innenaussparung (8) aufweisende Blechpaket (3) entlang der Längsachse (L) der Rotorwelle (2) auf den Aufnahmebereich (4) geschoben und drehfest mit dem Aufnahmebereich (4) verbunden wird.Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens ein Blechpaket (3) verwendet wird, dessen Innenaussparung (8) eine zur polygonalen Außenkontur (A) komplementäre polygonale Innenenkontur (I) aufweist, wobei der Umfang der Innenenkontur (I) derart größer als der Umfang der Außenkontur (A) ist, dass beim Aufschieben des wenigstens einen Blechpaketes (3) mit zur Außenkontur (A) komplementärer Ausrichtung der Innenenkontur (I) ein umlaufender Spalt (9) zwischen der Innenenkontur (I) und der Außenkontur (A) besteht, dass anschließend das Blechpaket (3) relativ zur Rotorwelle (2) um die Längsachse (L) bis zum Anschlag der Ecken (5) der Außenkontur (A) an der Innenenkontur (I) unter Ausbildung von Hohlräumen (10) zwischen dem Aufnahmebereich (4) und dem wenigstens einen Blechpaket (3) gedreht wird und in dieser Verbindungslage das Blechpaket (3) und die Rotorwelle (2) gegeneinander fixiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, bei welchem eine Rotorwelle bereitgestellt wird, welche einen eine polygonale Außenkontur aufweisenden Aufnahmebereich für wenigstens ein Blechpaket aufweist, wobei das wenigstens eine, eine Innenaussparung aufweisende Blechpaket entlang der Längsachse der Rotorwelle auf den Aufnahmebereich geschoben und drehfest mit dem Aufnahmebereich verbunden wird.
Rotoren für elektrische Maschinen sind allgemein bekannt. Derartige Rotoren weisen in der Regel eine Rotorwelle mit wenigstens einem auf der Rotorwelle angeordneten und/oder aufgepressten Blechpaket auf. Zum Aufpressen müssen sowohl der Aufnahmebereich der Rotorwelle als auch die Innenaussparung des Blechpaketes exakt gefertigt sein und das Fügen erfolgt durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen der Verbindungspartner, was insgesamt sehr aufwendig ist.
Zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle wird ein Drehmoment übertragen. Elektromotoren von Kraftfahrzeugen weisen in der Regel sehr hohe Rotordrehzahlen auf. Durch die hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten kann es zu einer Aufweitung des Pressverbands zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle kommen, wodurch ein Schlupf zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket entstehen kann, der eine Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle reduzieren kann.
Aus DE 10 2018 213 609 A1 ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt, welches die vorgenannten Probleme vermeiden möchte. Diese Druckschrift beschreibt einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer um eine Längsachse rotierbaren Rotorwelle und einem formschlüssig auf der Rotorwelle angeordneten Blechpaket. Dabei weist der Aufnahmebereich der Rotorwelle z.B. eine polygonale Außenkontur auf. Das wenigstens eine Blechpaket weist eine Innenaussparung mit einer zylinderförmigen Innenkontur auf, in welcher zu den Ecken der Außenkontur komplementäre Vertiefungen ausgebildet sind. Bei der Montage wird das wenigstens eine Blechpaket auf den Aufnahmebereich der Rotorwelle geschoben und ist mit diesem formschlüssig drehfest verbunden. Auch bei diesem Rotor ist eine exakte Fertigung der Verbindungspartner erforderlich, um einen Schlupf zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung bzw. Montage eines Rotors für eine elektrische Maschine zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein Blechpaket verwendet wird, dessen Innenaussparung eine zur polygonalen Außenkontur komplementäre polygonale Innenkontur aufweist, wobei der Umfang der Innenkontur derart größer als der Umfang der Außenkontur ist, dass beim Aufschieben des wenigstens einen Blechpaketes mit zur Außenkontur komplementärer Ausrichtung der Innenkontur ein umlaufender Spalt zwischen der Innenkontur und der Außenkontur besteht, dass anschließend das Blechpaket relativ zur Rotorwelle um die Längsachse bis zum Anschlag der Ecken der Außenkontur an der Innenkontur unter Ausbildung von Hohlräumen zwischen dem Aufnahmebereich und dem wenigstens einen Blechpaket gedreht wird und in dieser Verbindungslage das Blechpaket und die Rotorwelle gegeneinander fixiert werden.
Mit diesem Verfahren lässt sich die Herstellung und Montage eines Rotors wesentlich vereinfachen. Die Außenkontur der Rotorwelle und die Innenkontur des wenigstens einen Blechpaketes müssen nicht exakt gefertigt werden, es muss nur ein ausreichender umlaufender Spalt gewährleistet sein, welcher ein Verdrehen des Blechpaketes relativ zur Rotorwelle bis zum Anschlag der Ecken der Außenkontur ermöglicht. In dieser Verbindungslage werden die Verbindungspartner form- und/oder kraftschlüssig drehfest aneinander fixiert.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist zur formschlüssigen Fixierung vorgesehen, dass die Hohlräume mit einem Füllmaterial ausgefüllt, vorzugsweise ausgegossen werden. Während des Ausfüllens bzw. Ausgießens der Hohlräume werden das wenigstens eine Blechpaket und die Rotorwelle in der Verbindungslage gehalten. Das Ausfüllen kann auch durch Verkeilen oder Einfüllen von verfestigbarem Schüttgut (z.B. Kunststoffgranulat, welches anschließend aufgeschmolzen wird) erfolgen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Blechpaket relativ zur Rotorwelle mit einem so dimensionierten Drehmoment gedreht wird, dass die Ecken der Außenkontur kraftschlüssig unter leichter Verformung der Innenkontur der Innenaussparung des Blechpaketes in die Innenkontur eindringen bzw. eingreifen.
Wenn die Hohlräume ausgegossen werden, ist vorgesehen vorteilhaft, dass als Füllmaterial ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast, verwendet wird.
Alternativ kann als Füllmaterial auch ein gießfähiges Metall verwendet werden, z.B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
Das Ausgießen der Hohlräume ermöglicht es auf besonders vorteilhafte Weise, dass vor dem Ausgießen in wenigstens einen Hohlraum ein rohrförmiger Kühlkanal eingesetzt wird. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Kühlung des Rotors realisieren.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
Diese zeigt in

1 eine perspektivische Darstellung eines Rotors,
2 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt auf den Rotor in einem ersten Verfahrensstadium und
3 eine Seitenansicht des Rotors teilweise im Schnitt nach Abschluss des Verfahrens.

Ein Rotor für eine elektrische Maschine ist allgemein mit 1 bezeichnet. Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 2 und wenigstens ein Blechpaket 3 auf, das in bekannter Weise aus einer Mehrzahl von parallelen Blechen besteht, die nicht einzeln dargestellt sind.
Das wenigstens eine Blechpaket 3 ist auf einem Aufnahmebereich 4 der Rotorwelle 2 drehfest angeordnet. Der Aufnahmebereich 4 weist eine polygonale Außenkontur A auf, beim Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur A fünfeckig mit fünf Ecken 5. Der Aufnahmebereich 4 der Rotorwelle 2 geht beidseitig jeweils in einen zylinderförmigen Endbereich 6, 7 über, wobei der Außenumfang der zylinderförmigen Endbereiche 6, 7 umlaufend innerhalb der Außenkontur des Aufnahmebereiches 4 liegt. Die Rotorwelle 2 kann eine Hohlwelle, aber auch eine Vollwelle sein.
Das wenigstens eine Blechpaket 3 bzw. dessen einzelne Bleche weisen eine Innenaussparung 8 mit einer zur polygonalen Außenkontur A des Aufnahmebereiches 4 der Rotorwelle 2 komplementären, polygonalen Innenenkontur I auf, d.h. beim Ausführungsbeispiel ist diese Innenenkontur I ebenfalls fünfeckig. Dabei ist der Umfang der Innenenkontur I der Innenaussparung 8 derart größer als der Umfang der Außenkontur A des Aufnahmebereiches 4, dass, wie dies 2 zeigt, bei komplementärer Ausrichtung der Innenenkontur I zur Außenkontur A ein umlaufender Spalt 9 zwischen der Innenenkontur I der Aussparung 8 und der Außenkontur A des Aufnahmebereiches 4 besteht. Dies ermöglicht es, dass wenigstens eine Blechpaket 3 entlang der Längsachse L der Rotorwelle 2 auf den Aufnahmebereich 4 der Rotorwelle aufzuschieben. Dieser erste Verfahrensschritt zur Herstellung des Rotors 1 ist in 2 dargestellt.
Anschließend wird das wenigstens eine Blechpaket 3 relativ zur Rotorwelle 2 um die Längsachse L bis zum Anschlag der Ecken 5 der Außenkontur A des Aufnahmebereiches 4 an der Innenenkontur I der Innenaussparung 8 gedreht, wodurch sich zwischen dem Aufnahmebereich 4 und dem wenigstens einen Blechpaket 3 Hohlräume 10 ausbilden, beim Ausführungsbeispiel also fünf Hohlräume 10.
Aus einem Vergleich der 2 und 3 ist erkennbar, dass das wenigstens eine Blechpaket 3 in Gegenuhrzeigerrichtung um die Längsachse L gegenüber dem Aufnahmebereich 4 der Rotorwelle 2 bis zum Anschlag gedreht worden ist. In dieser Verbindungslage werden die Verbindungspartner (Rotorwelle 2 und Blechpaket 3) form- und/oder kraftschlüssig drehfest aneinander fixiert. Dazu werden beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Hohlräume 10 mit einem Füllmaterial ausgegossen. Dieses Füllmaterial ist mit 11 bezeichnet. Das Füllmaterial kann ein Füllmaterial aus Kunststoff, z.B. ein Duroplast, sein. Alternativ kann das Füllmaterial auch ein gießfähiges Metall sein.
Wenn die Hohlräume 10 mit einem Füllmaterial 11 ausgegossen werden, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass vor dem Ausgießen in wenigstens einen Hohlraum 11 ein rohrförmiger Kühlkanal 12 eingesetzt wird, so dass auf einfache Weise eine Kühlung in den Rotor 1 integriert werden kann.
Anstelle des Ausgießens der Hohlräume 10 kann alternativ auch vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Blechpaket 3 relativ zur Rotorwelle 2 mit einem so dimensionierten Drehmoment gedreht wird, dass die Ecken 5 der Außenkontur A kraftschlüssig unter leichter Verformung der Innenenkontur I der Innenaussparung 8 des Blechpaketes 3 in die Innenenkontur I eindringen bzw. eingreifen können.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Rotorwelle
3: Blechpaket
4: Aufnahmebereich
5: Ecken
6: Endbereich
7: Endbereich
8: Innenaussparung
9: Spalt
10: Hohlraum
11: Füllmaterial
12: Kühlkanal
A: Außenkontur
I: Innenkontur
L: Längsachse

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 102018213609 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rotors für (1) eine elektrische Maschine, bei welchem eine Rotorwelle (2) bereitgestellt wird, welche einen eine polygonale Außenkontur (A) aufweisenden Aufnahmebereich (4) für wenigstens ein Blechpaket (3) aufweist, wobei das wenigstens eine, eine Innenaussparung (8) aufweisende Blechpaket (3) entlang der Längsachse (L) der Rotorwelle (2) auf den Aufnahmebereich (4) geschoben und drehfest mit dem Aufnahmebereich (4) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Blechpaket (3) verwendet wird, dessen Innenaussparung (8) eine zur polygonalen Außenkontur (A) komplementäre polygonale Innenenkontur (I) aufweist, wobei der Umfang der Innenenkontur (I) derart größer als der Umfang der Außenkontur (A) ist, dass beim Aufschieben des wenigstens einen Blechpaketes (3) mit zur Außenkontur (A) komplementärer Ausrichtung der Innenenkontur (I) ein umlaufender Spalt (9) zwischen der Innenenkontur (I) und der Außenkontur (A) besteht, dass anschließend das Blechpaket (3) relativ zur Rotorwelle (2) um die Längsachse (L) bis zum Anschlag der Ecken (5) der Außenkontur (A) an der Innenenkontur (I) unter Ausbildung von Hohlräumen (10) zwischen dem Aufnahmebereich (4) und dem wenigstens einen Blechpaket (3) gedreht wird und in dieser Verbindungslage das Blechpaket (3) und die Rotorwelle (2) gegeneinander fixiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (19) mit einem Füllmaterial (11) ausgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (19) mit einem Füllmaterial (11) ausgegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllmaterial (11) ein Kunststoff, insbesondere ein Duroplast, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllmaterial (11) ein gießfähiges Metall verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausgießen in wenigstens einen Hohlraum (10) ein rohrförmiger Kühlkanal (12) eingesetzt wird.