DE102022115722A1

DE102022115722A1 - Rotorwelle

Info

Publication number: DE102022115722A1
Application number: DE102022115722.9A
Authority: DE
Inventors: Nicole Rotzoll; Guido Lütkenhaus; Maik Peters; Dirk Rochell; Heiner Bergs
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2022-06-23
Filing date: 2022-06-23
Publication date: 2023-12-28
Also published as: CN117294064A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle 1 aufweisend mindestens zwei miteinander gefügte Rotorwellenkomponenten 2, 3, wobei mindestens eine der jeweiligen Rotorwellenkomponenten 2, 3 als Hohlwelle 4 ausgebildet ist und die Rotorwellenkomponenten 2, 3 an jeweils mindestens einem Endbereich 5 einen an einer inneren Mantelfläche 7 oder äußeren Mantelfläche 8 angeordneten Verbindungsabschnitt 6 aufweisen und über den jeweiligen Verbindungsabschnitt 6 miteinander gefügt sind. Der Verbindungsabschnitt 6 mindestens einer Rotorwellenkomponente 2, 3 weist eine Verlötungsfläche 9 und einer Verpressungsfläche 10 auf, dergestalt, dass sich die Rotorwellenkomponente 2, 3 über die Verpressungsfläche 10 mit dem Verbindungsabschnitt 6 der jeweils anderen Rotorwellenkomponente 2, 3 im Presssitz befindet und die Rotorwellenkomponente 2, 3 zusätzlich an der Verlötungsfläche 9 mit dem Verbindungsabschnitt 6 der jeweils anderen Rotorwellenkomponente 2, 3 verlötet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Rotorwellen bekannt, insbesondere als zentrales Bauteil eines Elektromotors. Hier ist die Rotorwelle eine Trägerwelle für ein Blechpaket eines Rotors und überträgt ein elektrisch induziertes Drehmoment über eine formschlüssige Anbindung in ein Getriebe.
Die Rotorwelle kann aus einem einzigen Bauteil gefertigt werden oder aus zwei oder mehreren Rotorwellenkomponenten gefügt werden. Letzteres hat den Vorteil, dass die einzelnen Rotorwellenkomponenten während des Produktionsprozesses in parallel ablaufenden Teilprozessen bearbeitet werden können. Zusätzlich eröffnet ein späteres Zusammenfügen der Rotorwellenkomponenten den Konstrukteuren größere Freiheit beim Design der Rotorwelle. Ferner können so auch Rotorwellen aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden.
Ein gängiges Verfahren für das Fügen der einzelnen Rotorwellenkomponenten ist das Löten. Für eine sichere Verlötung bedarf es eines definierten Lötspalts zwischen den zu fügenden Rotorwellenkomponenten. Durch eine Kapillarwirkung wird das flüssige Lot in den Lötspalt gezogen, so dass die Rotorwellenkomponenten unlösbar und stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Aufgrund des Lötspalts können die Rotorwellenkomponenten allerdings nicht ohne einen gewissen Achs- bzw. Winkelversatz ausgerichtet und verlötet werden. Dies erzeugt eine Unwucht und macht ein späteres Wuchten der Rotorwelle erforderlich.
Eine weitere Fügemöglichkeit besteht darin, die Rotorwellenkomponenten in einen kraftschlüssigen Presssitz zu bringen. Hierbei werden die äußeren Enden der Rotorwellenkomponenten so aufeinander angepasst, dass eine Rotorwellenkomponente auf eine andere Rotorwellenkomponente aufgepresst werden kann. Diese Aufpressung kann rein mechanisch erfolgen oder mittels thermischen Fügens. Ein solcher Presssitz wird beispielsweise in der DE 203 07 198 U1 und in der DE 10 2018 009 831 A1 offenbart. Der Presssitz hat den Vorteil, dass die zwei Rotorwellenkomponenten mit minimalem Fluchtungsfehler verbunden werden. Nachteilig ist hingegen, dass ein Presssitz nicht für die Übertragung hoher Drehmomente geeignet ist.
Der Erfindung liegt daher, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, eine aus Rotorwellenkomponenten gefügte und herstellungs- sowie bautechnisch verbesserte Rotorwelle zu schaffen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Rotorwelle gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rotorwelle sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ausgestaltungen und Modifikationen von Merkmalen der erfindungsgemäßen Rotorwelle, die einzeln oder in Kombination die Erfindung in technisch vorteilhafter Weise ausgestalten oder weiterbilden, ergeben sich auch aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Rotorwelle weist mindestens zwei miteinander gefügte Rotorwellenkomponenten auf. Dabei ist mindestens eine der Rotorwellenkomponenten als Hohlwelle ausgebildet. Somit ergibt sich gegenüber einer einteilig hergestellten Rotorwelle eine Gewichtseinsparung.
Die Rotorwellenkomponenten weisen ferner an jeweils mindestens einem Endbereich einen Verbindungsabschnitt auf. Im Falle einer Hohlwelle kann der Verbindungsabschnitt an einer inneren Mantelfläche oder an einer äußeren Mantelfläche der Hohlwelle angeordnet sein. Weist die Rotorwellenkomponente keinen Hohlraum auf, ist der Verbindungsabschnitt an der äußeren Mantelfläche der Rotorwellenkomponente angeordnet.
Über die jeweiligen Verbindungsabschnitte sind die Rotorwellenkomponenten miteinander gefügt.
Die Erfindung zeichnet sich nunmehr dadurch aus, dass der Verbindungsabschnitt mindestens einer Rotorwellenkomponente aus einer Verlötungsfläche und einer Verpressungsfläche ausgebildet ist. Über die Verpressungsfläche befindet sich die Rotorwellenkomponente mit dem Verbindungsabschnitt der jeweils anderen Rotorwellenkomponente im Presssitz. Die Rotorwellenkomponente ist zusätzlich an der Verlötungsfläche mit dem Verbindungsabschnitt der jeweils anderen Rotorwellenkomponente verlötet.
Die Kombination aus Presssitz und Verlötung hat den Vorteil, dass durch den Presssitz eine achsgenaue Ausrichtung der Rotorwellenkomponenten gegeben ist, während das Verlöten den sicheren Halt der Rotorwellenkomponenten auch bei der Übertragung hoher Drehmomente sicherstellt. Ein nachträgliches Wuchten der Rotorwelle ist somit nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Rotorwelle ist somit herstellungs- und bautechnisch verbessert gegenüber dem Stand der Technik.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist der Außendurchmesser mindestens einer Rotorwellenkomponente an der Verlötungsfläche kleiner als der Außendurchmesser der Rotorwellenkomponente an der Verpressungsfläche. Befindet sich die Rotorwellenkomponente an der Verpressungsfläche im Presssitz mit dem Verbindungsabschnitt einer als Hohlwelle ausgeführten weiteren Rotorwellenkomponente, wird zwischen der Verlötungsfläche und dem überstehenden Verbindungsabschnitt der Hohlwelle ein Lötspalt ausgebildet. Bei der Verlötung wird durch die Kapillarwirkung das Lot in den Lötspalt hineingezogen. Hierfür ist der Lötspalt vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,2 mm breit. Als Lot wird insbesondere Kupfer-Nickelbasislot verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Innendurchmesser mindestens einer als Hohlwelle ausgebildeten Rotorwellenkomponente an der Verlötungsfläche größer als der Innendurchmesser der Rotorwellenkomponente an der Verpressungsfläche. Wird die Verpressungsfläche einer solchen Hohlwelle mit dem an der äußeren Mantelfläche einer zweiten Rotorwellenkomponente angeordneten Verbindungsabschnitt in Presssitz gebracht, wird ebenfalls ein Lötspalt zwischen der Verlötungsfläche der Hohlwelle und dem Verbindungsabschnitt der zweiten Rotorwellenkomponente gebildet.
Auch andere Abmessungen der Rotorwellenkomponenten sind möglich, so dass die Verlötungsfläche einer ersten Rotorwellenkomponente und der Verbindungsabschnitt einer zweiten Rotorwellenkomponente einen Lötspalt bilden.
Vorzugsweise ist der Lötspalt von außen und demnach außerhalb der Rotorwelle zugänglich. Dies ermöglicht eine einfache Verlötung der Rotorwellenkomponenten.
Ferner ist die Verlötungsfläche vorzugsweise vollumfänglich an der inneren Mantelfläche oder äußeren Mantelfläche des Endbereichs der Rotorwellenkomponente angeordnet. Dies ermöglicht das vollumfängliche Auftragen des Lotes, so dass eine größtmögliche Stabilität der Lotverbindung sichergestellt wird.
Weiterhin ist auch die Verpressungsfläche vorzugsweise vollumfänglich an der inneren oder äußeren Mantelfläche des Endbereichs der Rotorwellenkomponente angeordnet. Auch hier ermöglicht eine vollumfängliche Verpressungsfläche einen möglichst sicheren Presssitz der zwei Rotorwellenkomponenten.
Besonders bevorzugt sind die Verpressungsfläche und die Verlötungsfläche parallel zueinander an der Mantelfläche der Rotorwellenkomponente angeordnet. Dies ist insbesondere zur Bildung des Lötspalts außerhalb der Verpressungsfläche vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die als Hohlwelle ausgeführte äußere Rotorwellenkomponente einen Anschlag auf, der an die Verpressungsfläche der äußeren Rotorwellenkomponente angrenzt. Die innere Rotorwellenkomponente liegt stirnseitig am Anschlag an. Dies ermöglicht eine genaue Dimensionierung des Verbindungsabschnitts und sorgt zusätzlich für einen verbesserten Sitz der zwei Rotorwellenkomponenten.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Ansicht eines Axialschnitts einer erfindungsgemäßen Rotorwelle,
2 eine Detailansicht des Ausschnitts A von 1,
3 eine Ansicht eines Axialschnitts einer weiteren Ausführungsvariante der Rotorwelle,
4 eine Detailansicht des Ausschnitts B der 3 und
5 eine Ansicht eines Axialschnitts einer weiteren Ausführungsvariante der Rotorwelle.

In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Bauteilkomponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt eine Rotorwelle 1, die durch eine erste Rotorwellenkomponente 2 und einer zweite Rotorwellenkomponente 3 gebildet ist. Beide Rotorwellenkomponenten 2, 3 sind als rotationssymmetrische Hohlwellen 4 ausgebildet.
Ferner weisen beide Rotorwellenkomponenten 2, 3 ein Endbereich 5 auf, an dem jeweils ein Verbindungsabschnitt 6 ausgebildet ist. Bei der ersten Rotorwellenkomponente 2 befindet sich der Verbindungsabschnitt 6 an einer inneren Mantelfläche 7 der Rotorwellenkomponente 2. Der Verbindungsabschnitt 6 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 ist hingegen an einer äußeren Mantelfläche 8 angeordnet.
Gemäß 2 weist der Verbindungsabschnitt 6 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 eine Verlötungsfläche 9 und einer Verpressungsfläche 10 auf.
Die zweite Rotorwellenkomponente 3 ist über die Verpressungsfläche 10 mit dem Verbindungsabschnitt 6 der ersten Rotorwellenkomponente 2 kraftschlüssig im Presssitz gefügt. So wird eine achsgenaue Ausrichtung der zwei Rotorwellenkomponenten 2, 3 sichergestellt. Ein späteres Wuchten der Rotorwelle 1 ist somit nicht erforderlich.
Der Außendurchmesser D1 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 ist an der Verlötungsfläche 9 kleiner im Vergleich zum Außendurchmesser D2 an der Verpressungsfläche 10 der zweiten Rotorwellenkomponente 3, siehe 1. Dies hat zur Folge, dass zwischen der Verlötungsfläche 9 und dem Verbindungsabschnitt 6 der ersten Rotorwellenkomponente 2 ein Lötspalt 11 gebildet wird, siehe 2.
Zusätzlich zum Presssitz sind die beiden Rotorwellenkomponenten 2, 3 über den Lötspalt 11 miteinander stoffschlüssig verlötet. Der Lötspalt 11 ist von außen und demnach außerhalb der Rotorwelle 1 zugänglich. Die Lötverbindung erhöht die Gesamtstabilität der gefügten Rotorwellenkomponenten 2, 3 und erlaubt auch die Übertragung von hohen Drehmomenten.
Sowohl die Verlötungsfläche 9 als auch die Verpressungsfläche 10 sind vollumfänglich an der äußeren Mantelfläche 8 des Endbereichs 5 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 parallel zueinander angeordnet. Die Verpressungsfläche 10 schließt mit der Stirnseite 12 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 ab.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in 3 gezeigt. Hier sind die Verlötungsfläche 9 und die Verpressungsfläche 10 an der ersten Rotorwellenkomponente 2 angeordnet. Siehe hierzu auch die Detailansicht B gemäß 4.
Hier ist der Innendurchmesser D3 an der Verlötungsfläche 9 der ersten Rotorwellenkomponente 2 größer als der Innendurchmesser D4 der Verpressungsfläche 10 der Rotorwellenkomponente 2. Somit wird auch hier ein von außen zugänglicher Lötspalt 11 zwischen dem Verbindungsabschnitt 6 der zweiten Rotorwellenkomponente 3 und der Verlötungsfläche 9 der ersten Rotorwellenkomponente 2 gebildet.
Sowohl die Verlötungsfläche 9 als auch die Verpressungsfläche 10 sind vollumfänglich im Bereich der inneren Mantelfläche 7 des Endbereichs 5 der ersten Rotorwellenkomponente 2 parallel zueinander angeordnet. Die Verlötungsfläche 9 schließt mit der Stirnseite 13 der Rotorwellenkomponente 2 ab.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 5 gezeigt. Die grundsätzliche Anordnung der Verlötungsfläche 9 und der Verpressungsfläche 10 entspricht der in 3 und 4 gezeigten Anordnung. Zusätzlich weist die erste Rotorwellenkomponente 2 einen Anschlag 14 auf. Dieser befindet sich im Übergangsbereich zwischen der inneren Mantelfläche 7 und der Verpressungsfläche 10. Der Durchmesser D5 der inneren Mantelfläche 7 ist somit kleiner als der Durchmesser D4 der Verpressungsfläche 10 bzw. der äußeren Mantelfläche 8 der zweiten Rotorwellenkomponente 3. Die zweite Rotorwellenkomponente 3 liegt somit mit ihrer Stirnseite 12 am Anschlag 14 an. Dies ermöglicht eine genaue Dimensionierung des Verbindungsabschnitts 6 und sorgt zusätzlich für einen verbesserten Sitz der zwei Rotorwellenkomponenten 2, 3.
Bezugszeichen:

1: Rotorwelle
2: erste Rotorwellenkomponente
3: zweite Rotorwellenkomponente
4: Hohlwelle
5: Endbereich
6: Verbindungsabschnitt
7: innere Mantelfläche von 2, 3
8: äußere Mantelfläche von 2, 3
9: Verlötungsfläche
10: Verpressungsfläche
11: Lötspalt
12: Stirnseite von 3
13: Stirnseite von 2
14: Anschlag
D1: Außendurchmesser von 9
D2: Außendurchmesser von 10
D3: Innendurchmesser von 9
D4: Innendurchmesser von 10
D5: Innendurchmesser von 7

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 20307198 U1 [0006]
DE 102018009831 A1 [0006]

Claims

Rotorwelle (1) aufweisend mindestens zwei miteinander gefügte Rotorwellenkomponenten (2, 3), wobei mindestens eine der jeweiligen Rotorwellenkomponenten (2, 3) als Hohlwelle (4) ausgebildet ist und die Rotorwellenkomponenten (2, 3) an jeweils mindestens einem Endbereich (5) einen an einer inneren Mantelfläche (7) oder äußeren Mantelfläche (8) angeordneten Verbindungsabschnitt (6) aufweisen und über den jeweiligen Verbindungsabschnitt (6) miteinander gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) mindestens einer Rotorwellenkomponente (2, 3) aus einer Verlötungsfläche (9) und einer Verpressungsfläche (10) ausgebildet ist, dergestalt, dass sich die Rotorwellenkomponente (2, 3) über die Verpressungsfläche (10) mit dem Verbindungsabschnitt (6) der jeweils anderen Rotorwellenkomponente (2, 3) im Presssitz befindet und die Rotorwellenkomponente (2, 3) zusätzlich an der Verlötungsfläche (9) mit dem Verbindungsabschnitt (6) der jeweils anderen Rotorwellenkomponente (2, 3) verlötet ist.
Rotorwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (D1) mindestens einer Rotorwellenkomponente (2, 3) an der Verlötungsfläche (9) kleiner ist als der Außendurchmesser (D2) der Rotorwellenkomponente (2, 3) an der Verpressungsfläche (10).
Rotorwelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D3) mindestens einer als Hohlwelle (4) ausgebildeten Rotorwellenkomponente (2, 3) an der Verlötungsfläche (9) größer ist als der Innendurchmesser (D4) der Rotorwellenkomponente (2, 3) an der Verpressungsfläche (10).
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlötungsfläche (9) einer ersten Rotorwellenkomponente (2, 3) und der Verbindungsabschnitt (6) einer zweiten Rotorwellenkomponente (2, 3) einen Lötspalt (11) bilden.
Rotorwelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lötspalt (11) von außen und demnach außerhalb der Rotorwelle (1) zugänglich ist.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlötungsfläche (9) vollumfänglich an der inneren Mantelfläche (7) oder äußeren Mantelfläche (8) des Endbereichs (5) der Rotorwellenkomponente (2, 3) angeordnet ist.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressungsfläche (10) vollumfänglich an der inneren Mantelfläche (7) oder äußeren Mantelfläche (8) des Endbereichs (5) der Rotorwellenkomponente (2, 3) angeordnet ist.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressungsfläche (10) und die Verlötungsfläche (9) parallel zueinander an der Mantelfläche (7, 8) der Rotorwellenkomponente (2, 3) angeordnet sind.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressungsfläche (10) an der Stirnseite (12, 13) der Rotorwellenkomponente (2, 3) angrenzt.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlötungsfläche (9) an der Stirnseite (12, 13) der Rotorwellenkomponente (2, 3) angrenzt.
Rotorwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Hohlwelle ausgeführte äußere Rotorwellenkomponente (2) einen Anschlag (14) aufweist, der an die Verpressungsfläche (10) der äußeren Rotorwellenkomponente (2) angrenzt, dergestalt, dass eine innere Rotorwellenkomponente (2) mit ihrer Stirnseite (12) an dem Anschlag (14) anliegt.