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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor einer elektrischen Maschine, der nach diesem Verfahren hergestellt wurde sowie eine elektrische Maschine mit einem solchermaßen hergestellten Rotor.
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Elektromotoren besitzt in bekannter Weise Rotoren und werden zunehmend auch im Kraftfahrzeugbau zum Antrieb derselben, beispielsweise bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, eingesetzt. Um dabei eine hohe Laufruhe und auch eine hohe Verschleißfestigkeit erreichen zu können, werden die Rotoren dieser Elektromotoren üblicherweise ausgewuchtet, indem beispielsweise gezielt anzubringende und/oder abzutragende Ausgleichsmassen eine ermittelte Unwucht verringern oder gänzlich eliminieren.
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Aus der
DE 10 2013 215 080 A1 ist ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors eines Elektromotors bekannt, wobei der Rotor aus einer Anzahl scheibenförmige Rotorelemente und einer die scheibenförmigen Rotorelemente tragenden Rotorwelle aufgebaut ist. Die scheibenförmigen Rotorelemente weisen dabei jeweils eine Zentralbohrung auf, die dazu dient, die Rotorwelle zumindest Teil umfänglich aufzunehmen. Das Auswuchtverfahren erfolgt dabei wie folgt: Zunächst wird ein Rotorverbund aus den scheibenförmigen Rotorelementen gebildet und eine für diesen Rotorverbund vorliegende Verbundunwucht bestimmt. Anschließend wird ein Verbundunwuchtmerkmal bereitgestellt, dass die den Rotorverbund vorliegende Verbundunwucht repräsentiert. Wiederum anschließend wird eine für die Rotorwelle vorliegende Wellenunwucht bestimmt und ein Wellenunwuchtmerkmal ermittelt, dass die für die Rotorwelle vorliegende Wellenunwucht repräsentiert. Beim Zusammenbau des Rotors werden nun der Rotorverbund und die Rotorwelle in Abhängigkeit des Verbundunwuchtmerkmals und des Wellenunwuchtmerkmals zueinander ausgerichtet und miteinander verbunden. Dadurch soll ein vereinfachtes Auswuchten des Rotors mit reduzierten Auswuchtgewichten erfolgen können.
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Üblicherweise wird derzeit beim Auswuchten eines Rotors folgendermaßen vorgegangen: Zunächst werden die Einzelteile des Rotors, beispielsweise Endstücke sowie ein rohrartiges Wellenmittelstück und Rotorbleche, miteinander verbunden, üblicherweise sogar ohne bestimmte Orientierung zueinander, wobei nach dem Zusammenbau des Rotors, dieser dann als Ganzes ausgewuchtet wird. Dies erfolgt mittels Ausgleichsgewichten, die an entsprechend ermittelten Stellen angebracht oder von dort entfernt werden.
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Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, dass das Auswuchten des Rotors erst nach dem Zusammenbau desselben erfolgt, sodass unwuchtbedingte Fehler, die nicht mehr behoben werden können, zu einem Ausschuss des gesamten Rotors führen, was vergleichsweise teuer ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine anzugeben, welches insbesondere eine Ausschussrate reduziert.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, nicht wie bislang üblich, einen Rotors einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors oder eines Generators, zunächst aus ungewuchteten Einzelteilen zusammen zu bauen und erst anschließend den zusammen gebauten Rotor auszuwuchten, sondern erfindungsgemäß die Einzelteile des Rotors, insbesondere auch in Vorbaugruppen zusammengefasst, vor ihrem eigentlichen Zusammenbau zum Rotor einzelnen auszuwuchten, wodurch die Gefahr einer nicht tolerierbaren Unwucht des zusammengebauten Rotors und damit dessen Ausschuss reduziert werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Rotors der elektrischen Maschine werden somit zunächst zumindest zwei Einzelteile bereitgestellt und einzeln ausgewuchtet. Anschließend werden diese beiden ausgewuchteten Einzelteile derart miteinander verbunden, dass der Rotor zumindest unwuchtarm, vorzugsweise sogar unwuchtfrei, ist. Dabei ist selbstverständlich klar, dass ein derartiger Rotor nicht nur aus zwei Einzelteilen, sondern aus einer Vielzahl derartiger Einzelteile bestehen kann, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine überwiegende Anzahl, vorzugsweise sämtliche, Einzelteile und/oder Vorbaugruppen aus diesen vor ab, das heißt vor ihrem Zusammenbau, ausgewuchtet werden. Durch den Zusammenbau bereits ausgewuchteter Einzelteile reduziert sich somit das Risiko einer nicht tolerierbaren Unwucht des Rotors in fertig montiertem Zustand ganz erheblich, wodurch eine Ausschussrate an fertig montierten Rotoren deutlich reduziert und damit die Herstellung derartiger Rotoren deutlich kostengünstiger gestaltet werden kann. Sollten dabei manche der Einzelteile noch tolerierbare Unwuchten aufweisen, ist ein Zusammenbau des erfindungsgemäßen Rotors zudem derart möglich, dass die Einzelteile derart bezüglich einer Rotationsachse des Rotors zueinander verdreht werden, dass ihre gegebenenfalls noch vorhandenen und sehr geringen Unwuchten weiter ausgeglichen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass komplexe Einzelteile separat gefertigt und ausgewuchtet werden können, was im Vergleich zu einem bislang erfolgenden Auswuchten des gesamten, fertigmontierten Rotors, fertigungstechnisch deutlich einfacher ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Einzelteile zumindest ein rohrartiges Wellenmittelstück sowie ein erstes Endstück und ein zweites Endstück bereitgestellt und einzeln ausgewuchtet. Die beiden Endstücke werden anschließend mit dem rohrartigen Wellenmittelstück derart verbunden, dass die hieraus entstehende Rotorwelle und/oder ein hieraus zusammengebauter Rotor zumindest unwuchtarm ist. Vorzugsweise sind somit sämtliche Einzelteile, d. h. die beiden Endstücke und das rohrartige Wellenmittelstück, bereits vor ihrem Zusammenbau ausgewuchtet und damit vorzugsweise unwuchtfrei, wodurch ein unausgerichteter Zusammenbau der Einzelteile möglich ist, ohne dass dabei Unwuchten an dem fertig montierten Rotor entstehen. Sollten die Einzelteile noch geringe, jedoch tolerierbare, Unwuchten aufweisen, ist es möglich, diese beim Zusammenbau zur fertigen Rotorwelle und/oder beim Zusammenbau zum fertigen Rotor derart bezüglich einer Rotorachse zueinander zu verdrehen, dass sich die einzelnen Unwuchten der Einzelteile beim zusammengefügten Rotor ausgleichen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Einzelteile zumindest ein Rotorblech, eine Wuchtscheibe, ein Magnet, ein Formkörper und/oder Wicklungen bereitgestellt und einzeln ausgewuchtet. Die erwähnte Wuchtscheibe entfällt dabei üblicherweise, kann jedoch optional vorgesehen werden kann. Anschließend werden das zumindest eine Rotorblech, die zumindest eine optionale Wuchtscheibe, der zumindest eine Magnet, der Formkörper und/oder die Wicklungen mit den beiden Endstücken und dem rohrartigen Wellenmittelstück derart verbunden, dass der daraus zusammengesetzte Rotor zumindest unwuchtarm ist. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten an Einzelteilen für das erfindungsgemäße Verfahren infrage kommen, sodass ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Rotor rein theoretisch auch aus zehn, zwanzig oder mehr Einzelteilen zusammengesetzt werden kann, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch vor dem Zusammenbau einzeln ausgewuchtet werden, können, sofern diese nicht in sinnvollen Vorbaugruppen zusammengefasst sind, um dadurch, beispielsweise bedingt durch einen Unwuchtfehler, die Ausschussrate an fertig zusammen gebauten Rotoren zumindest zu reduzieren.
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Bezüglich der Wuchtscheiben ist zu sagen, dass ein Auswuchten z. B. über einen Materialabtrag erfolgen kann, den eine Wuchtscheibe bereitstellt. D.h. wenn an den Einzelteilen selbst keine „Nacharbeit“ möglich ist, werden Wuchtscheiben benötigt. Gleiches gilt für das Hinzufügen von Masseelementen zum Auswuchten. Auch hier wird Material benötigt, in das solche Zusatzmassen eingebracht werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zumindest die beiden Endstücke vor dem Verbinden mit dem rohrartigen Wellenmittelstück derart um eine Rotationsachse des Rotors zueinander verdreht bzw. ausgerichtet, dass der daraus zusammengebaute Rotor zumindest unwuchtarm ist. Dies bietet den großen Vorteil, dass die eigentlich an sich schon ausgewuchteten Einzelteile, sofern diese doch noch unerwarteter Weise geringe Unwuchten besitzen, durch eine drehwinkelabhängige Anordnung zueinander so angeordnet werden können, dass einzelne Unwuchten der jeweiligen Einzelteile noch kompensiert werden können. In gleicher Weise können dabei selbstverständlich sämtliche Einzelteile hinsichtlich eventuell noch vorhandener Unwuchten beim Zusammenbau des Rotors zueinander ausgerichtet werden.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Endstücke mit dem rohrartigen Wellenmittelstück verschraubt. Dies kann beispielsweise über Spannanker erfolgen, wobei in diesem Fall unter Umständen zumindest eine Wuchtscheibe vorgesehen werden muss, um die aus solchen Spannankern resultierenden Unwuchten noch ausgleichen zu können. Ein verschraubter Rotor bietet dabei den großen Vorteil, dass dieser zu Wartungs- bzw. Reparaturzwecken auseinandergeschraubt werden kann, wodurch auch der Ersatz von Einzelteilen vergleichsweise einfach möglich ist. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine ökologische Bauweise, eine Ressourcenschonung und die Nachhaltigkeit besonders vorteilhaft.
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Bei einer besonders bevorzugten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Endstücke mit dem rohrartigen Wellenmittelstück verklebt. Dies bietet die Möglichkeit einer vergleichsweise einfachen und schnellen Verbindungstechnik. Alternativ ist selbstverständlich auch ein Verpressen der Endstücke mit dem rohrartigen Wellenmittelstück oder ein Verschweißen derselben möglich.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rotor einer elektrischen Maschine mit dem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Verfahren herzustellen. Hierdurch ist es möglich, die bezüglich des Verfahrens beschriebenen Vorteile auf den Rotor zu übertragen. Konkret handelt es sich dabei insbesondere um eine deutlich reduzierte Ausschussrate.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine elektrische Maschine mit einem in dem vorherigen Absatz beschriebenen Rotor auszustatten. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reduzierte Ausschussrate an hergestellten Rotoren zu einer Reduzierung der Ausschussrate bei den elektrischen Maschinen führt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Schnittdarstellung durch einen entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rotor einer elektrischen Maschine.
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Entsprechend der 1 werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotors 1 (vgl. 2) einer elektrischen Maschine 2, insbesondere eines Elektromotors oder eines Generators, in einem Verfahrensschritt A zunächst zumindest zwei Einzelteile 3 bereitgestellt und anschließend in einem Verfahrensschritt B einzeln ausgewuchtet. Anschließend werden die zumindest zwei ausgewuchteten Einzelteile 3 im Verfahrensschritt C derart miteinander verbunden, dass der hieraus zusammengebaute Rotor 1 zumindest unwuchtarm, vorzugsweise sogar unwuchtfrei, ist. Durch das erfindungsgemäße separate Auswuchten der Einzelteile 3 ist es möglich, diese bereits vor dem eigentlichen Zusammenbau zum Rotor 1 auszuwuchten und dadurch sowohl ein aufwändiges Auswuchten des gesamten Rotors 1 zu vermeiden als auch eine Ausschussrate von bereits fertig montierten Rotoren 1 aufgrund von nicht ausgleichbaren Unwuchtfehlern zu reduzieren.
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Zwischen den Verfahrensschritten B und C kann noch ein Verfahrensschritt B1 durchgeführt werden, der gemäß der 1 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt ist und dadurch lediglich rein optional vorgesehen ist. In dem Verfahrensschritt B1 können die beiden bereits einzeln ausgewucherten Einzelteile 3 vor dem Verbinden bzw. vor dem Zusammenbau im Verfahrensschritt C derart um eine Rotationsachse 4 (vgl. 2) zueinander verdreht angeordnet werden, dass unter Umständen noch bestehende Unwuchten der Einzelteile 3 durch die zueinander ausgerichtete Anordnung weiter reduziert werden können.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zudem möglich, größere Unwuchttoleranzen der Einzelteile 3 zu tolerieren und komplexe Einzelteile 3 separat zu fertigen und auswuchten zu können, was im Vergleich zu einem bislang erfolgenden Auswuchten des gesamten, fertigmontierten Rotors 1, fertigungstechnisch deutlich einfacher ist.
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Als Einzelteile 3 kann dabei beispielsweise ein rohrartiges Wellenmittelstück 5 sowie ein erstes Endstück 6 und ein zweites Endstück 7 eingesetzt werden. Als Einzelteile 3 können aber darüber hinaus auch noch Rotorbleche 8, ein Formkörper 9 Magnete und/oder Wicklungen bzw. eine Wuchtscheibe eingesetzt werden. Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Einzelteile 3 werden diese vor dem Zusammenbau zum Rotor 1 einzelnen und/oder in einer Vorbaugruppe zusammengefasst, ausgewuchtet.
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Die Endstücke 6, 7 können dabei mit dem rohrartigen Wellenmittelstück 5 verschraubt werden, wodurch ein wartungs- und reparaturfreundlicher Rotor 1 geschaffen werden kann. Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, dass die Endstücke 6, 7 mit dem rohrartigen Wellenmittelstück 5, verklebt, verpresst und/oder verschweißt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, gegebenenfalls vorhandenen Ausschuss bereits frühzeitig, das heißt noch im Stadium der Einzelteile 3, zu erkennen und auszusortieren, sodass derartige fehlerhafte Ausschussteile nicht mehr zum Zusammenbau des Rotors 1 genutzt bzw. eingesetzt werden, wodurch die Ausschussrate bei den Rotoren 1 deutlich gesenkt werden kann.
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Das Wellenmittelstück 5 dient dabei als Träger der Rotorbleche 8 sowie gegebenenfalls zur Drehmomentübertragung, wobei die Drehmomentübertragung auch durch einen ein- oder mehrteiligen Formkörper 9, der innerhalb des Wellenmittelstück 5 angeordnet ist, erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013215080 A1 [0003]
