DE102022104108A1

DE102022104108A1 - Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, Rotor einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102022104108A1
Application number: DE102022104108.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Küpferle; Zhigao Xiong; Wolfgang Hill; Jan Helmlinger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-22
Filing date: 2022-02-22
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023160753A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend zwei separate Rotationskörper (7) bestehend aus Rotorblechpaketen (2) mit in Taschen (3) aufgenommenen Magnetelementen (5) sowie eine Rotorwelle (8), wobei jedes Rotorblechpaket (2) aus mehreren Blechen besteht, wobei jedes Blech mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen und eine gestanzte zentrale Blechlochung aufweist und die Durchbrechungen der Bleche unter Ausbildung der Taschen (3) und die Blechlochungen unter Ausbildung einer Paketlochung (4) miteinander fluchten, wobei die Rotorwelle die Rotationskörper (7) in den Paketlochungen (4) durchgreift und wobei die beiden Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) aufgeschrumpft sind, mit folgenden Schritten:- Verwendung von Rotorblechpaketen (2), deren Bleche mit ihrer Blechstanzrichtung in dieselbe Richtung weisen, derart, dass die jeweilige Tasche (3) eine einheitliche Taschenstanzrichtung (T) und die jeweilige Paketlochung (4) eine einheitliche Bohrungsstanzrichtung (B) aufweist,- Einführen der Magnetelemente (5) in die Taschen (3) in Richtung der Taschenstanzrichtung (T),- Einbringen eines Klebe- oder Vergussmittels (6) in die Taschen (3) zur Klebe- oder Vergussfixierung der Magnetelemente (5) in den Taschen (3) unter Bildung der Rotationskörper (7),- Erwärmen der Rotationskörper (7) und/oder Abkühlen der Rotorwelle (8),- Anordnen der Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) derart, dass die Bohrungsstanzrichtungen (B) der beiden Rotationskörper (7) in entgegengesetzte Richtungen zeigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor wenigstens zwei separate Rotationskörper bestehend aus Rotorblechpaketen mit darin in axial durchlaufenden Taschen aufgenommenen Magnetelementen sowie eine Rotorwelle aufweist, wobei jedes Rotorblechpaket aus mehreren einzelnen Blechen besteht, wobei jedes Blech mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen und eine gestanzte zentrale Blechlochung aufweist und die Durchbrechungen der gestapelten Bleche unter Ausbildung der Taschen und die Blechlochungen unter Ausbildung einer Paketlochung miteinander fluchten, wobei die Rotorwelle die Rotorblechpakete in den miteinander fluchtenden Paketlochungen durchgreift und wobei die beiden Rotorblechpakete auf der Rotorwelle aufgeschrumpft sind.
Eine elektrische Maschine verfügt bekanntlich über einen Rotor, der sich relativ zu einem Stator um eine Rotordrehachse, gebildet durch die Rotorwelle, dreht. Eine solche elektrische Maschine kommt beispielsweise als Antrieb unterschiedlicher Elemente oder Aggregate eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz, beispielsweise im Antriebsstrang selbst als treibende elektrische Maschine, oder beispielsweise als Fensterhebeantrieb, als Schiebedachantrieb, als Sitzverstellantrieb und ähnliches.
Zur magnetischen Interaktion des Stators mit dem Rotor weist der Stator üblicherweise eine entsprechende Feldwicklung auf, wobei der Stator zumeist den Rotor radial umgibt, also der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist. Der Rotor selbst weist mehrere Magnetelemente, regelmäßig Permanentmagneten, auf, die in entsprechenden Taschen eines Blechpakets axial positionsfest aufgenommen sind. Wie der Rotor, ist auch der Stator zumeist als Blechpaket aufgebaut und weist entsprechende Statorzähne auf, die über Statornuten getrennt sind, in denen die Spulen der Feldwicklungen aufgenommen sind. Diese Spulen werden entsprechend angesteuert, sodass ein Drehfeld erzeugt wird, über das der Rotor mit seinen Magnetelementen gedreht wird. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktion einer solchen elektrischen Maschine respektive eines solchen Rotors ist bekannt.
Ein Rotor dieser Art ist aus EP 2 876 789 B1 bekannt. Der Rotor weist zwei separate Rotorblechpakete auf, jedes Paket bestehend aus einer Vielzahl von aufeinandergestapelten Blechen. Jedes Blech weist mehrere Durchbrechungen und eine zentrale Blechlochung auf, die in einem gemeinsamen Stanzvorgang durchgestanzt sind, mithin also mit einer gemeinsamen Stanzrichtung, in der das Stanzwerkzeug das Blech durchdringt, ausgebildet werden. Die Bleche sind aufeinandergestapelt, sodass sich die Durchbrechungen und die Blechlochungen zu den axial durchlaufenden Taschen respektive der axial durchlaufenden Paketlochung ergänzen. Bei dem bekannten Rotor sind zwei derartige Rotorblechpakete gebildet, die auf einer die beiden fluchtenden Paketlochungen durchgreifenden Rotorwelle angeordnet respektive aufgeschrumpft sind.
Bei dem aus EP 2 876 789 B1 bekannten Verfahren werden die einzelnen Magnetelemente in die Taschen eingepresst, das heißt, dass unter Verwendung eines Presswerkzeugs die einzelnen Magnetelemente aktiv in die Taschen eingepresst und in Position geschoben werden, sodass sie aufgrund des Presssitzes axial fixiert sind. Um insbesondere bei Temperaturwechselbeanspruchungen infolge gegebener Mikrobewegungen zu vermeiden, dass es zu einer geringfügigen axialen Bewegung kommt, die entgegen der Einpressrichtung der Magnetelemente gerichtet ist, ist dort vorgesehen, die Magnetelemente entgegen der Stanzrichtung einzupressen. Wie beschrieben werden die Bleche sowohl zur Bildung der Durchbrechungen, die dann die Taschen bilden, als auch der Blechlochungen, die dann die Paketlochung bilden, gestanzt. Beim Stanzen bildet sich an der Seite, an der das Stanzwerkzeug eindringt, am Stanzrand ein Einzugsbereich, in dem das Blechmaterial geringfügig gerundet ist. Axial gesehen folgt diesem Einzugsbereich ein Glattschnittbereich, der an der Austrittsseite in einen Ausrissbereich übergeht, an dem sich ein Stanzgrad bildet. Werden nun die Bleche axial aufeinandergestapelt, so werden sie so angeordnet, dass sie alle mit ihrer Stanzrichtung in die gleiche Richtung ausgerichtet sind, sodass sich eine einheitliche Taschenstanzrichtung in jeder Tasche wie auch eine einheitliche Lochungsstanzrichtung in der Paketlochung ergibt. Das heißt, dass die Stanzgrate an der jeweiligen Ausrissseite alle in die gleiche Richtung gerichtet sind.
Gemäß EP 2 876 789 B1 werden nun die Magnetelemente entgegen dieser gemeinsamen Stanzrichtung, also der Taschenstanzrichtung, eingepresst. Hierbei wird das jeweilige Magnetelement entgegen der in die Tasche geringfügig ragenden Stanzgrate geschoben, was, da das Magnetelement eingepresst wird und an der Taschenwand entlangschabt, nachteiliger Weise zu einem leichten Materialabtrag führt, resultierend letztlich in einer möglichen Beschädigung der Magnetelemente selbst.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine anzugeben.
Zur Lösung ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors der eingangs genannten Art vorgesehen, mit wenigstens folgenden Schritten:

- Verwendung von Rotorblechpaketen, deren gestapelte Bleche mit ihrer Blechstanzrichtung alle in dieselbe Richtung weisen, derart, dass die jeweilige Tasche eine einheitliche Taschenstanzrichtung und die jeweilige Paketlochung eine einheitliche Lochungsstanzrichtung aufweist,
- Einführen der Magnetelemente in die Taschen in Richtung der Taschenstanzrichtung,
- Einbringen eines Klebe- oder Vergussmittels in die Taschen zur Klebe- oder Vergussfixierung der Magnetelemente in den Taschen,
- Erwärmen der Rotationskörper und/oder Abkühlen der Rotorwelle,
- Anordnen der Rotationskörper auf der Rotorwelle derart, dass die Lochungsstanzrichtungen der beiden Rotationskörper in entgegengesetzte Richtungen zeigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt insbesondere eine Montage der Magnetelemente ohne der Gefahr einer Beschädigung der Magnetoberfläche zu. Zum einen werden zwei Rotorblechpakete verwendet, die ausgezeichnete, einheitliche Taschenstanzrichtungen und Lochungsstanzrichtungen aufweisen. Das heißt, dass sowohl in den Taschen als auch in den Paketlochungen die Stanzgrate alle an derselben Blechseite liegen respektive in dieselbe Axialrichtung zeigen oder ragen. Die Blechlochungen und damit die Taschen können einen mehreckigen Querschnitt, insbesondere einen echteckigen Querschnitt oder einen V-, T- oder C-förmigen Querschnitt aufweisen, wie sie natürlich auch rund oder oval sein können. Ebenso die Paketlochungen können querschnittlich rund sein, mehreckig bzw. polygonal oder verzahnt etc.
Erfindungsgemäß werden nun weiterhin die Magnetelemente in Richtung der einheitlichen Taschenstanzrichtung in die Taschen eingeführt. Das heißt, dass sie nicht gegen die scharfkantigen Stanzgrade bewegt werden, was zu Schleif- oder Schereffekten führen kann, wenn diese scharfen Gratkanten die Magnetoberfläche berühren. Stattdessen werden die Magnetelemente quasi in Richtung der Stanzgrate eingeführt und können über die Stanzgrate bewegt werden, ohne dass die Stanzgrate Material abtragen oder abscherend mit der Magnetoberfläche interagieren. Das heißt, dass die Magnetelemente demzufolge beschädigungsfrei in die Montageposition gebracht werden können.
Dabei werden die Magnetelemente mit geringem Spiel in die Taschen eingebracht, das heißt, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren gerade kein Verpressen erfolgt. Vielmehr sind die Magnetelemente beweglich, da sie mit geringem Seitenspiel in den Taschen aufgenommen sind. Dieses Spiel kann sehr klein ausgeführt werden, da erfindungsgemäß die Magnetelemente in Richtung der Taschenstanzrichtung, also gerade nicht entgegen der Stanzgratrichtung eingebracht werden und demzufolge, selbst wenn ein Magnetelement mit einem Stanzgrat in Berührung kommt, es hierbei gerade nicht zu einem abrasiven Effekt kommt. Das heißt, dass das Magnetvolumen in der jeweiligen Tasche sehr groß ist und nahezu dem Taschenvolumen entsprechen kann, bis eben auf das sehr geringe Spiel innerhalb der Tasche.
Die eingebrachten Magnetelemente werden sodann mithilfe eines in die Tasche eingeführten Klebe- oder Vergussmittels in der jeweiligen Tasche verklebt bzw. vergossen, worüber die finale Fixierung der Magnetelemente in der jeweiligen Tasche erfolgt, sowohl in axialer Richtung, als auch in Umfangsrichtung, das heißt, dass jedwede Relativbeweglichkeit der Magnetelemente in der jeweiligen Tasche ausgeschlossen ist.
Als Vergussmittel kann ein geeigneter Kunststoff, der z.B. durch Spritzgießen oder Transfermolding eingebracht wird, verwendet werden.
Nach dem Aushärten, wozu das bestückte Rotorblechpaket z.B. auf eine Temperatur von 100 - 150°C erwärmt wird, werden die auf der Rotorwelle zu montierenden Rotationskörper auf eine Fügetemperatur, z.B. von 180 - 200°C erwärmt, was dazu führt, dass sich das gesamte Paket radial etwas weitet, mithin also auch der Durchmesser der jeweiligen Paketlochung etwas zunimmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Rotorwelle stark abgekühlt werden, beispielsweise durch Verwendung flüssigen Stickstoffs, was dazu führt, dass sich der Außendurchmesser der Rotorwelle geringfügig verringert. Schließlich werden die beiden Rotationskörper auf der Rotorwelle angeordnet, beispielsweise indem die Rotorwelle durch die beiden Rotationskörper geschoben wird, oder indem die beiden Rotationskörper auf die Rotorwelle aufgeschoben werden. In jedem Fall werden die Rotationskörper derart angeordnet, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen der Rotationskörper in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Die Lochungsstanzrichtungen können aufeinander zuweisen, sie können aber auch voneinander wegweisen. Diese entgegengesetzte Ausrichtung ist aus Symmetriegründen zweckmäßig.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Zum einen können die beiden Rotationskörper vollständig identisch ausgeführt werden, das heißt, es werden die identischen Bleche in gleicher Anzahl verwendet, wie auch identische Magnetelemente in gleicher Anzahl. Folglich sind zum Aufbau der separaten Rotationskörper ausschließlich Gleichteile zu verwenden, wobei auch die final hergestellten Rotationskörper identische Bauteile sind. Durch eine einfache Kennzeichnung z.B. mittels eines Barcodes, eines QR-Codes oder einer Klartext-Beschriftung kann die entsprechende Stanzrichtung angezeigt werden, sodass im Rahmen der nachfolgenden Montage, bei der wie beschrieben die Rotationskörper bezüglich ihrer Lochungsstanzrichtungen entgegengesetzt zueinander zu positionieren sind, fehlerfrei erfolgen kann.
Weiterhin ermöglicht wie bereits beschrieben die Einbringung der Magnetelemente mit geringem Spiel in Richtung der Taschenstanzrichtung eine beschädigungsfreie Positionierung in den Taschen, das heißt, dass es weder zu einer oberflächlichen Beschädigung der Magnetelemente noch zur Bildung etwaigen Abriebs und ähnlichem kommt. Auch kommt es infolge der nicht gegebenen abriebsbedingten Partikelbildung nicht zu einer ungewünschten Verschmutzung, was hinsichtlich der Sauberkeit im Rotorsystem und der Vermeidung von Kriechstrecken und dergleichen von Vorteil ist.
Das Verkleben oder Vergießen erlaubt die Fixierung der Magnetelemente ohne jedwedes zusätzliches Hilfsmittel in Form von Halteklammern, Halteringen oder sonstigen Bauteilen, wie sie, wenn nicht verpresst wird, erforderlich wären. Lediglich das Rotorblechpaket ist in bekannter Weise axial zu verpressen, so dass vermieden wird, dass der Klebstoff bzw. das Vergussmittel zwischen die Blechlagen kriecht.
Zur Montage der Magnetelemente wird das jeweilige Rotorblechpaket bevorzugt auf einer Basisplatte angeordnet, die die Taschen axial an einer Seite schließt, wonach die Magnetelemente in die Taschen eingeführt und das Klebe- oder Vergussmittel, die Taschen bis zur Basisplatte füllend, eingebracht wird. Über diese Basisplatte kann ein vollständig ebener Abschluss an dieser Seite erreicht werden. Hierüber wird sichergestellt, dass das zuerst eingeführte Magnetelement bündig mit der Fläche des außenliegenden Blechs abschließt. Das heißt, dass die Stirnfläche des an der vorlaufenden Seite ebenen Magnetelements plan und bündig in der Fläche des endständigen Blechs liegt. Wird anschließend das Klebe- oder Vergussmittel eingefüllt, so fließt dieses ebenfalls bis zur Basisplatte, füllt also den verbleibenden, schmalen Zwischenraum zwischen den Magnetelementen und der Taschenwandung vollständig aus. Gleichzeitig bildet das Klebe- oder Vergussmittel an der Basisplattenseite ebenfalls einen bündigen Abschluss, sodass die gesamte Stirnfläche des Rotorblechpakets samt eingeklebter Magnetelemente vollständig plan ist.
Im Rahmen der Montage werden dann die beiden Rotationskörper mit ihren beiden planen Stirnflächen aneinandergesetzt, sodass sich zwischen ihnen kein Spalt ausbildet.
Bevorzugt wird die Basisplatte horizontal angeordnet, wobei die Magnetelemente sowie das Klebe- oder Vergussmittel von oben vertikal in die Taschen eingebracht werden. Da die Magnetelemente mit wenngleich minimalem Spiel in die Taschen eingeführt werden können, können sie schwerkraftbedingt auf einfache Weise in den Taschen nach unten fallen und das jeweils erste Magnetelement gegen die Basisplatte laufen. Auch das Klebe- oder Vergussmittel kann auf einfache Weise vertikal nach unten fließen, dabei den verbleibenden, minimalen Raum zwischen den Magnetelementen und der Taschenwandung ausfüllend.
Wie beschrieben, ist es auf diese Weise möglich, eine Seite des jeweiligen Rotationskörpers absolut plan auszuführen. An der anderen Paketseite besteht nun die Möglichkeit, das endständige, letzte Magnetelement in seiner Länge so auszulegen, dass es ebenfalls mit seiner Stirnfläche plan in der Fläche des endständigen Blechs liegt. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, dass dieses endständige Magnetelement geringfügig aus der Tasche hervorragt, also mithin etwas über die Blechebene hervorsteht. Dies ermöglicht es, sicherzustellen, dass das maximal mögliche Taschenvolumen ausgenutzt wird, und darüber hinaus kann das gesamte Magnetvolumen über den Überstand sogar noch etwas erhöht werden. Dies kann für die Leistungscharakteristik der elektrischen Maschine von Vorteil sein.
Bevorzugt können dabei die aus der Tasche respektive Blechfläche ragenden Abschnitte der Magnetelemente auch mit dem Klebe- oder Vergussmittel überzogen werden, das nach dem Aushärten eine Schutzschicht um die überstehenden Magnetelementabschnitte bildet.
Wie beschrieben, werden die beiden Rotationskörper so angeordnet, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen in entgegengesetzte Richtungen weisen. Dabei können gemäß einer ersten Variante die beiden Lochungsrichtungen aufeinander zuweisen. Dies führt dazu, dass, wenn die Rotorwelle in die beiden Lochungen eingeführt wird, die Rotorwelle zunächst in Richtung der Lochungsstanzrichtung des ersten Rotationskörpers durch dieses durchgeschoben wird, und mit Übergang in die Lochung des zweiten Rotationskörpers entgegen der Lochungsstanzrichtung des zweiten Rotationskörpers durchgeschoben wird. Auch die Lochungen weisen entsprechende Stanzgrate auf. Das heißt, dass letztlich die Rotorwelle in die Lochung des ersten Rotationskörpers in Richtung der Stanzrichtung und in die Lochung des zweiten Rotationskörpers entgegen der Stanzrichtung und damit entgegen der Stanzgrate eingeschoben wird. Das Einschieben in Richtung der Lochungsstanzrichtung ist leichter als das Einschieben entgegen der Lochungsstanzrichtung. Das heißt, dass in jedem Fall sichergestellt werden muss, dass der Ringspalt zwischen dem Außenumfang der Rotorwelle und dem Innenumfang der Lochung des zweiten Rotationskörpers ausreichend groß ist, sodass es nicht zu einer Berührung kommt. Erst wenn die Bauteile in der exakten axialen Endposition sind, darf es zum Ausgleich des Temperaturunterschieds und damit zur Variation der jeweiligen Durchmesser kommen, und letztlich das Aufschrumpfen erfolgen.
Es sind unterschiedliche Möglichkeiten vorgesehen, wie dieses Fügen zweckmäßig erfolgen kann. Gemäß einer ersten Erfindungsvariante können die beiden Rotationskörper auf eine gemeinsame Montagetemperatur erwärmt werden, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen aufeinander zuweisen, wobei die Rotorwelle in den ersten Rotationskörper in dessen Lochungsstanzrichtung und in den zweiten Rotationskörper gegen dessen Lochungsstanzrichtung durchgeführt wird. Hier werden also beide Rotationskörper auf eine gemeinsame Zieltemperatur erwärmt, wobei gegebenenfalls natürlich auch die Rotorwelle entsprechend abgekühlt werden kann. Diese gemeinsame Zieltemperatur wird so gewählt, dass der zweite Rotationskörper, in das die Rotorwelle entgegen der Blechstanzrichtung geschoben wird, in diesem Zeitpunkt immer noch eine ausreichende Temperatur hat und sichergestellt wird, dass der Spalt zwischen Lochungsinnenwand und Rotorwelleaußenwand ausreichend groß ist, damit ein einfaches Durchschieben ohne nennenswerte Berührung möglich ist. Das heißt, dass der Temperaturunterschied zwischen dem erwärmten zweiten Rotationskörper und der Rotorwelle noch hinreichend groß ist, demzufolge aber auch der Montagespalt.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung werden beide Blechpakete auf die gleiche Montagetemperatur erwärmt, die sich letztlich an den Erfordernissen bezüglich des zweiten Rotationskörpers orientiert. Der erste Rotationskörper wird demzufolge bei dieser Variante stärker erwärmt, als unbedingt erforderlich. Wenn dies vermieden werden soll, kann gemäß einer zweiten Erfindungsvariante der erste Rotationskörper auf eine erste Montagetemperatur und der zweite Rotationskörper auf eine dem gegenüber höhere zweite Montagetemperatur erwärmt werden, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen aufeinander zuweisen, wobei die Rotorwelle in den ersten Rotationskörper in dessen Lochungsstanzrichtung und in den zweite Rotationskörper entgegen dessen Lochungsstanzrichtung durchgeführt wird. Hier werden also die beiden Rotationskörper auf unterschiedliche Montagetemperaturen gebracht, wobei der erste Rotationskörper etwas weniger stark erwärmt wird, da nicht erforderlich. Der sich auch bei der niedrigeren ersten Montagetemperatur ergebende Fügespalt ist in jedem Fall ausreichend groß, dass ein einfaches Durchschieben möglich ist. Demgegenüber ist beim zweiten Rotationskörper, der stärker erwärmt wird, sichergestellt, dass sich auch dort ein ausreichend großer Fügespalt ergibt, wenngleich gegen die Stanzrichtung und damit gegen die Stanzgrate geschoben wird.
Neben der Möglichkeit, die beiden Rotationskörper mit ihren Lochungsstanzrichtungen aufeinander zu gerichtet zu positionieren, besteht auch die Möglichkeit, sie umgekehrt anzuordnen, das heißt, dass die Lochungsstanzrichtungen voneinander wegweisen. Bei dieser Variante können die beiden Rotationskörper auf eine gemeinsame Montagetemperatur erwärmt werden, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen voneinander wegweisen, wobei die Rotorwelle in den ersten Rotationskörper entgegen dessen Lochungsstanzrichtung und in den zweite Rotationskörper in dessen Lochungsstanzrichtung durchgeführt wird. Da hier die Rotorwelle zuerst in den Rotationskörper geschoben wird, bei dem die Stanzgrate entgegen der Einschubrichtung der Rotorwelle gerichtet sind, liegt im Zeitpunkt des Fügens noch ein hinreichend großer Temperaturgradient vor, sodass ein problemloses Fügen möglich ist. Da das Durchschieben im zweiten Rotationskörper in dessen Lochungsstanzrichtung erfolgt, ist ein schmalerer Fügespalt zulässig, sodass dort die Temperaturdifferenz bereits etwas niedriger sein kann. Das heißt, dass die gemeinsame Montagetemperatur hier etwas niedriger sein kann als bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem die Lochungsstanzrichtungen aufeinander zu zeigen. Denn hier wird die Rotorwelle zuerst entgegen der Lochungsstanzrichtung durchgeschoben, sodass es mithin nur zu einem geringen Abkühleffekt in diesem Zeitpunkt kommen kann, verglichen mit der anderen Variante, bei der erst beim Einführen in den zweiten Rotationskörper entgegen der Lochungsstanzrichtung durchgeschoben wird.
Neben dem Verfahren selbst betrifft die Erfindung ferner einen Rotor für eine elektrische Maschine, der insbesondere, jedoch nicht zwingend nach dem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art hergestellt wurde. Der Rotor umfasst wenigstens zwei separate Rotationskörper bestehend aus Rotorblechpaketen mit darin in axial durchlaufenden Taschen aufgenommenen Magnetelementen sowie eine Rotorwelle, wobei jedes Rotorblechpaket aus mehreren einzelnen Blechen besteht, wobei jedes Blech mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen und eine gestanzte zentrale Blechlochung aufweist und die Durchbrechungen der gestapelten Bleche unter Ausbildung der Taschen und die Blechlochungen unter Ausbildung einer Paketlochung miteinander fluchten, wobei die Rotorwelle die Rotationskörper in den miteinander fluchtenden zentralen Paketlochungen durchgreift und wobei die beiden Rotationskörper auf die Rotorwelle aufgeschrumpft sind, wobei die gestapelten Bleche jedes Rotorblechpakets mit einer Blechstanzrichtung alle in dieselbe Richtung weisen, derart, dass die jeweilige Tasche eine einheitliche Taschenstanzrichtung und die jeweilige Paketlochung eine einheitliche Lochungsstanzrichtung aufweist, wobei die Magnetelemente mittels eines Klebe- oder Vergussmittels in den Taschen fixiert sind, und wobei die Rotationskörper auf der Rotorwelle derart angeordnet sind, dass die Lochungsstanzrichtungen der beiden Rotationskörper in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Sie können gegeneinander oder voneinander wegweisen.
Weiterhin können die Magnetelemente an den beiden entfernten Seiten der Rotorblechpakete axial aus den Taschen ragen und vorzugsweise mit einem Klebe- oder Vergussmittel überzogen sein. Alternativ dazu können sie dort natürlich auch bündig abschließen.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor der beschriebenen Art.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung der Herstellung zweier Rotationskörper, und
2 eine Prinzipdarstellung der Verbindung der beiden Rotationskörper mit einer Rotorwelle.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung zur Herstellung zweier Rotationskörper mit integrierten Magnetelementen, wobei zu Darstellungszwecken die beiden Teildarstellungen so angeordnet sind, wie die fertig konfigurierten Rotorblechpakete nachfolgend bezüglich 2 montiert werden. Tatsächlich werden die Rotorblechpakete jedoch in um 90° gedrehter Orientierung aufgebaut und die Magnetelemente vertikal von oben eingeführt.
Gezeigt sind zwei Basisplatten 1, die tatsächlich um 90° gedreht horizontal angeordnet werden, sodass das eigentliche Rotorblechpaket 2 vertikal darauf aufgesetzt werden kann. Jedes Rotorblechpaket 2 besteht aus einer Vielzahl einzelner gestanzter Bleche, die übereinandergestapelt werden, sodass sich insgesamt der Paketstapel ergibt. Jedes Blech weist mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen auf, wie auch eine mittige gestanzte Blechlochung. Die Durchbrechungen aller gestapelten Bleche fluchten miteinander und bilden mehrere sich axial erstreckende Taschen 3. Die Taschen 3 verlaufen zwangsläufig ebenfalls vertikal. Die Taschen können, resultierend aus der Querschnittsgeometrie der einzelnen Durchbrechungen, einen beliebigen Querschnitt aufweisen, z.B. rechteckig, also I-förmig, oder V-, T- oder C-förmig o.dgl. Gezeigt ist hier der Einfachheit halber eine im Querschnitt rechteckige Tasche 3 in I-Anordnung. Ebenso bildet sich eine zentrale Paketlochung 4, die über die miteinander fluchtenden einzelnen Blechlochungen gebildet wird. Die Paketlochung kann einen runden Querschnitt zeigen, oder oval oder polygonal sein, oder eine Verzahnung aufweisen o dgl.
Die Bleche sind dabei so angeordnet, dass sie allesamt mit ihrer Blechstanzrichtung in eine gemeinsame Richtung weisen. Wie beschrieben werden alle Bleche einzeln gestanzt, sodass sich an der einen Seite, an der das Stanzwerkzeug eindringt, ein leicht gerundeter Einzug ergibt, gefolgt von einem Glattschnittanteil, der sodann in einen Ausriss, also einen Stanzgrat übergeht. Die Bleche sind nun allesamt so geordnet, dass die Ausrisse respektive Stanzgrate an der gleichen Seite positioniert sind, sodass sich also gleiche Blechstanzrichtungen ergeben. Damit ist innerhalb jeder Tasche 3 eine einheitliche Taschenstanzrichtung T gegeben, wie auch innerhalb der Paketlochung eine einheitliche Lochungsstanzrichtung B gegeben ist. Diese Stanzrichtungen T, B sind über den jeweiligen Pfeil dargestellt, wobei ersichtlich die beiden Pfeile gegeneinander gerichtet ist, mithin also die Taschen- und Lochungsstanzrichtungen T, B des linken Rotorblechpakets 2 entgegen den Taschen- und Lochungsstanzrichtungen T, B des rechten Rotorblechpakets 2 gerichtet sind.
Sodann werden in die Taschen die einzelnen Magnetelemente 5, üblicherweise Permanentmagnete, beispielsweise aus einer NdFeB-Legierung oder einem anderen permanentmagnetischen Material, eingebracht. Die Magnetelemente 5 werden, nachdem die Anordnungen jeweils vertikal stehen, von oben in die Taschen 3 eingebracht und können, da sie in diesen mit Spiel aufgenommen sind, schwerkraftbedingt nach unten fallen und gegen die jeweilige Basisplatte 1 laufen. Die Einführrichtung R ist ebenfalls durch den jeweiligen Pfeil dargestellt. Ersichtlich ist die Einführrichtung R parallel respektive weist in dieselbe Richtung wie die Taschenstanzrichtungen T, sodass demzufolge die Magnetelemente 5 nicht entgegen der Stanzausrisse, sondern in deren Richtung eingeführt werden. Dies stellt sicher, dass es beim Einbringen respektive beim Herunterfallen nicht zu etwaigen oberflächlichen Beschädigungen der Magnetelemente 5 kommt.
Nachdem alle im gezeigten Beispiel 3 Magnetelemente 5 in der jeweiligen Tasche 3 aufgenommen sind, wird ein Klebe- oder Vergussmittel 6, hier über das Tropfensymbol angedeutet, in die jeweilige Tasche 3 eingebracht und füllt den gesamten noch verbleibenden, wenngleich sehr schmalen Taschenraum aus. Hierüber werden die mit geringem Spiel von z.B. mehreren Zehntel Millimeter aufgenommenen Magnetelemente 5 sowohl axial als auch in Umfangsrichtung fixiert, nachdem das Klebe- oder Vergussmittel ausgehärtet ist.
Da das jeweils erste in eine Tasche 3 eingebrachte Magnetelement 5 direkt an der Basisplatte 1 anliegt, an der auch das erste vorlaufende Blech des jeweiligen Blechpakets 2 anliegt, ergibt sich nach dem Verkleben oder Vergießen eine vollkommen ebene, plane Stirnfläche, sodass, worauf später noch eingegangen wird, die beiden Rotorblechpakete mit diesen ebenen, planen Flächen völlig spaltfrei aneinander angelegt werden können.
Das jeweils endständige Magnetelement 5 einer Tasche 3 kann an der freien Seite bündig abschließen, kann aber auch geringfügig axial aus der Tasche 3 und damit aus dem Rotorblechpaket 2 herausstehen. Bevorzugt ist es ebenfalls mit dem Klebe- oder Vergussmittel 6 umhüllt, also geschützt.
Wie beschrieben, werden die Rotorblechpakete 2 in vertikaler Ausrichtung mit den Magnetelementen 5 befüllt und mit dem Klebemittel 6 vergossen. Ein Rotorblechpaket 2 nebst der vergossenen Magnete 5 bildet einen Rotationskörper 7, der anschließend mit einer Rotorwelle 8 zu verbinden ist. Hierzu werden die beiden Rotationskörper 7 mit ihren vormals auf der Basisplatte 1 befindlichen, ebenen Stirnflächen aneinander anliegend angeordnet, wie 2 zeigt. Das heißt, dass hier die Taschen- und Lochungsstanzrichtungen T, B wiederum axial gegeneinander weisen, wie zu Erläuterungszwecken bereits zu 1 beschrieben. Dabei sind die beiden Rotationskörper 7 auf vorzugsweise eine gemeinsame Montagetemperatur erwärmt, während gleichzeitig die Rotorwelle 8 entsprechend gekühlt ist. Dies führt dazu, dass die Innendurchmesser der Lochungen 4 sich temperaturbedingt erweitern, während der Außendurchmesser 9 der Rotorwelle aufgrund der Abkühlung geringfügig abnimmt.
Aufgrund der Anordnung der beiden Rotationskörper 7 wird nun die Rotorwelle 8, die in 2 von rechts eingeschoben wird, zunächst in Richtung der Lochungsstanzrichtung B des rechten Rotationskörpers 7 eingeschoben. Mit zunehmender Einschieblänge gelangt die Rotorwelle 8 dann in den zweiten, linken Rotationskörper 7, wo die Einschiebebewegung entgegen der Lochungsstanzrichtung B des zweiten Rotationskörpers 7 liegt. Aufgrund der hinreichenden Erwärmung auch des linken, zweiten Rotationskörpers 7 ist der erforderliche Fügespalt nach wie vor noch groß genug, das heißt, dass noch eine hinreichend große Temperaturdifferenz zwischen dem Rotationskörper 7 und der Rotorwelle 8 gegeben ist, sodass ein einfaches, nahezu berührungsfreies Durchschieben möglich ist. Ist die finale axiale Montagestellung erreicht, kühlen die beiden Rotationskörper 7 vollständig ab, während sich die Rotorwelle 8 wieder erwärmt, sodass es zum Aufschrumpfen kommt.
Wenngleich bevorzugt aus Einfachheitsgründen beide Rotationskörper 7, bei denen es sich um zwei völlig identisch aufgebaute Rotationskörper handelt, auf eine gleiche Montagetemperatur erwärmt werden, wäre es grundsätzlich aber auch denkbar, dass der erste, rechte Rotationskörper 7 weniger stark erwärmt wird als der zweite, linke Rotationskörper 7. Denn da beim rechten Rotationskörper 7 die Einschieberichtung E der Rotorwelle 8 in die gleiche Richtung wie die Lochungsstanzrichtung B läuft, kann hier ein schmalerer Fügespalt gegeben sein, verglichen mit dem erforderlichen Fügespalt beim Durchschieben durch den zweiten, linken Rotationskörper 7, der auf eine höhere Temperatur erwärmt wird.
Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, die beiden Rotationskörper 7 in umgekehrter Reihenfolge anzuordnen, das heißt, dass die Rotorwelle 8 zunächst entgegen der Lochungsstanzrichtung B des rechten Rotationskörpers 7 durchgeschoben wird und anschließend in Lochungsstanzrichtung B des linken Rotationskörpers 7. In diesem Fall kann eine gemeinsame Montagetemperatur gewählt werden, die jedoch nicht so hoch zu sein braucht, wie im bereits vorstehend zu 2 beschriebenen Fall. Denn aufgrund des Einschiebens der Rotorwelle 8 zuerst entgegen der Lochungsstanzrichtung B kommt es zu diesem Zeitpunkt zu keinem allzu großen Abbau der Temperaturdifferenz, sodass sichergestellt ist, dass immer noch ein hinreichend gro-ßer Fügespalt gegen ist.
Bezugszeichenliste

1: Basisplatte
2: Rotorblechpaket
3: Tasche
4: Paketlochung
5: Magnetelement
6: Klebe- oder Vergussmittel
7: Rotationskörper
8: Rotorwelle
9: Außendurchmesser
B: Lochungsstanzrichtung
T: Taschenstanzrichtung
R: Einführrichtung
E: Einschieberichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2876789 B1 [0004, 0005, 0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend wenigstens zwei separate Rotationskörper (7) bestehend aus Rotorblechpaketen (2) mit darin in axial durchlaufenden Taschen (3) aufgenommenen Magnetelementen (5) sowie eine Rotorwelle (8), wobei jedes Rotorblechpaket (2) aus mehreren einzelnen Blechen besteht, wobei jedes Blech mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen und eine gestanzte zentrale Blechlochung aufweist und die Durchbrechungen der gestapelten Bleche unter Ausbildung der Taschen (3) und die Blechlochungen unter Ausbildung einer Paketlochung (4) miteinander fluchten, wobei die Rotorwelle die Rotationskörper (7) in den miteinander fluchtenden Paketlochungen (4) durchgreift und wobei die beiden Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) aufgeschrumpft sind, mit wenigstens folgenden Schritten: - Verwendung von Rotorblechpaketen (2), deren gestapelte Bleche mit ihrer Blechstanzrichtung alle in dieselbe Richtung weisen, derart, dass die jeweilige Tasche (3) eine einheitliche Taschenstanzrichtung (T) und die jeweilige Paketlochung (4) eine einheitliche Lochungsstanzrichtung (B) aufweist, - Einführen der Magnetelemente (5) in die Taschen (3) in Richtung der Taschenstanzrichtung (T), - Einbringen eines Klebe- oder Vergussmittels (6) in die Taschen (3) zur Klebe- oder Vergussfixierung der Magnetelemente (5) in den Taschen (3) unter Bildung der Rotationskörper (7), - Erwärmen der Rotationskörper (7) und/oder Abkühlen der Rotorwelle (8), - Anordnen der Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) derart, dass die Lochungsstanzrichtungen (B) der beiden Rotationskörper (7) in entgegengesetzte Richtungen zeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Rotorblechpaket (2) auf einer Basisplatte (1) angeordnet wird, die die Taschen (3) axial an einer Seite schließt, wonach die Magnetelemente (5) in die Taschen (3) eingeführt und das Klebemittel (6), die Taschen (3) bis zur Basisplatte (1) füllend, eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (1) horizontal angeordnet wird und die Magnetelemente (5) sowie das Klebe- oder Vergussmittel (6) von oben vertikal in die Taschen (3) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (5) an einer Seite des jeweiligen Rotorblechpakets (2) axial aus den Taschen (3) ragen und vorzugsweise mit dem Klebemittel (6) überzogen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotationskörper (7) auf eine gemeinsame Montagetemperatur erwärmt werden, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen (B) aufeinander zu weisen, wobei die Rotorwelle (8) in den ersten Rotationskörper (7) in dessen Lochungsstanzrichtung (B) und in den zweiten Rotationskörper (7) gegen dessen Lochungsstanzrichtung (B) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotationskörper (7) auf eine erste Montagetemperatur und der zweite Rotationskörper (7) auf eine demgegenüber höhere zweite Montagetemperatur erwärmt wird, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen (B) aufeinander zu weisen, wobei die Rotorwelle (8) in den ersten Rotationskörper (7) in dessen Lochungsstanzrichtung (B) und in den zweiten Rotationskörper (7) entgegen dessen Lochungsstanzrichtung (B) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotationskörper (7) auf eine gemeinsame Montagetemperatur erwärmt werden, wobei sie derart angeordnet werden, dass die beiden Lochungsstanzrichtungen (B) voneinander weg weisen, wobei die Rotorwelle (8) in den ersten Rotationskörper (7) entgegen dessen Lochungsstanzrichtung (B) und in den zweiten Rotationskörper (7) in dessen Lochungsstanzrichtung (B) durchgeführt wird.
Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend wenigstens zwei separate Rotationskörper (7) bestehend aus Rotorblechpaketen (2) mit darin in axial durchlaufenden Taschen (3) aufgenommenen Magnetelementen (5) sowie eine Rotorwelle (8), wobei jedes Rotorblechpaket (2) aus mehreren einzelnen Blechen besteht, wobei jedes Blech mehrere in einer Blechstanzrichtung gestanzte Durchbrechungen und eine gestanzte zentrale Blechlochung aufweist und die Durchbrechungen der gestapelten Bleche unter Ausbildung der Taschen (3) und die Blechlochungen unter Ausbildung einer Paketlochung (4) miteinander fluchten, wobei die Rotorwelle (8) die Rotationskörper (7) in den miteinander fluchtenden zentralen Paketlochung (4) durchgreift und wobei die beiden Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) aufgeschrumpft sind, wobei die gestapelten Bleche jedes Rotorblechpakets mit ihrer Blechstanzrichtung alle in dieselbe Richtung weisen, derart, dass die jeweilige Tasche (3) eine einheitliche Taschenstanzrichtung (T) und die jeweilige Paketlochung (4) eine einheitliche Lochungsstanzrichtung (B) aufweist, wobei die Magnetelemente (5) mittels eines Klebe- oder Vergussmittels (6) in den Taschen (3) fixiert sind, und wobei die Rotationskörper (7) auf der Rotorwelle (8) derart angeordnet sind, dass die Lochungsstanzrichtungen (B) der beiden Rotationskörper (7) in entgegengesetzte Richtungen zeigen.
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (5) an den beiden entfernten Seiten der Rotorblechpakete (2) axial aus den Taschen (3) ragen und vorzugsweise mit dem Klebe- oder Vergussmittel (6) überzogen sind.
Elektrische Maschine, umfassend einen Rotor nach Anspruch 8 oder 9.