DE102022211316A1

DE102022211316A1 - Rotor einer elektrischen Maschine sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102022211316A1
Application number: DE102022211316.0A
Authority: DE
Inventors: Sven Pieper; Tim Bachmann; Stefan Grützner; Stefan Prokoph; Christian Pukies
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2024-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) einer elektrischen Maschine, wobei auf wenigstens eine Gruppe von Enden von Kurzschlussstäben des Rotors (1) ein innerer Ring (6) aufgebracht und im Rotor (1) der innere Ring (6) und/oder die jeweilige Gruppe von Enden mit einem äußeren Ring (7) wenigstens teilweise verbunden sind. Hierbei weisen die Ringe (6, 7) des Rotors (1) und/oder eines Halbfabrikats des Rotors (1) miteinander korrespondierend ausgeformte Stirnbereiche auf, über welche die Ringe (6, 7) und/oder die Kurzschlussstäbe (3) miteinander verbunden sind, wobei die Stirnbereiche (8, 9) und/oder die Anbindungsflächen der Stirnbereiche (8, 9) eine Ausgestaltung aufweisen, welche von einer normal auf einer Längsachse (12) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats stehenden, planen Ringfläche (13) abweicht. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, wobei Kurzschlussstäbe eines Kurzschlusskäfigs des Rotors in einem Blechpaket des Rotors angeordnet sind und auf zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen Seite des Blechpakets und/oder der Kurzschlussstäbe befindenden beiden Gruppen von Enden der Kurzschlussstäbe, je Gruppe, ein innerer Ring aufgebracht ist. Im Rotor sind der innere Ring und/oder die jeweilige Gruppe von Enden zudem mit einem äußeren Ring wenigstens teilweise verbunden und ein jeder der Ringe weist einen dem weiteren Ring zugewandten Stirnbereich auf, wobei die Ringe im Rotor über Anbindungsflächen dieser Stirnbereiche zumindest teilweise verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors.
Im Zuge der steten Zunahme der Elektromobilität besteht die Notwendigkeit, effiziente und dabei leistungsstarke elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, bereitzustellen, welche einen für die Massenproduktion vorteilhaft geringen Fertigungsaufwand aufweisen und somit zudem auch wirtschaftlich herstellbar sind.
Es ist vor diesem Hintergrund weithin bekannt, dass der Rotor der Elektromotoren, welche oftmals als Asynchronmaschinen ausgeführt sind, einen Kurzschlusskäfig aufweist, welcher aufgrund der hohen Wirtschaftlichkeit in der Regel gegossen wird. Ein gegossener Kurzschlusskäfig birgt jedoch die Nachteile, dass deutliche Beschränkungen bei der Auslegung des Blechpakets des Rotors respektive der Blechlamellen sowie der Kontur des Kurzschlussrings des Kurzschlusskäfigs vorliegen. Diese Beschränkungen sowie die durch das Gießen vorliegende Porosität des Kurzschlusskäfigs reduzieren den erzielbaren Wirkungsgrad des Elektromotors signifikant.
Neben der Verwendung von Rotoren mit gegossenen Kurzschlusskäfigen besteht jedoch ebenfalls die Möglichkeit der Ausführung der Rotoren mit gebauten Kurzschlusskäfigen. Ein gebauter Kurzschlusskäfig ist aufgrund des hohen Fertigungsaufwands jedoch meist nicht wirtschaftlich. Ein wesentliches Problem liegt dabei in der aufwändigen Verbindungstechnik der Läuferstäbe des Kurzschlusskäfigs und den Kurzschlussringen. Hierbei muss nicht nur eine Vielzahl von Käfigstäben mechanisch an die Kurzschlussringe angebunden, sondern auch eine sehr gute elektrische Verbindung zwischen diesen und den Kurzschlussringen sichergestellt werden.
In diesem Zusammenhang besteht beispielsweise die Möglichkeit, den gebauten Kurzschlusskäfig auf ein Laser- oder Elektronenstrahlschweißen auszulegen. Ferner ist auch ein Aufbau des Kurzschlussrings aus einzelnen Scheiben umsetzbar, wobei diese jeweils einzeln an die Läuferstäbe geschweißt werden, um über mehrere Lagen eine bessere elektrische Verbindung zu erzielen. Auch der Ansatz, einen Kurzschlussring an in das Blechpaket eingesteckte Läuferstäbe anzugießen, ist bekannt.
Den Ausführungen mittels der oben genannten Schweißtechniken ist es jedoch gemein, dass jeweils nur eine geringe Anbindungsfläche erzielt wird. Darüber hinaus entsteht, durch den hohen Wärmeeintrag beim Schweißen und die darauffolgende Erstarrung, an den Übergängen von Läuferstäben und Kurzschlussringen eine im Vergleich zum Grundmaterial höherohmige Metallphase. Durch das jeweils notwendige Verschweißen der einzelnen Kurzschlussstäbe ist darüber hinaus die Prozesszeit sehr hoch und die Wirtschaftlichkeit somit gering.
Die Kombination aus eingesteckten Kurzschlussstäben und gegossenem Kurzschlussring verbindet zudem mehrere Nachteile beider Technologien miteinander, d. h. den des Bauens mit dem des Gießens. Einerseits werden Fügespalte für die Kurzschlussstäbe im Blechpaket erforderlich, andererseits müssen dieselben geometrischen Beschränkungen wie beim konventionellen Gießen in Kauf genommen werden.
Um die genannten Nachteile zu umgehen, sind jedoch bereits Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt.
So ist der DE 102 58 029 B4 ein Kurzschlussläufer einer Asynchronmaschine sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu entnehmen, wobei Läuferstäbe eines Läuferkäfigs in ein Blechpaket des Kurzschlussläufers eingepresst und die axial über das Blechpaket überstehenden Läuferstabenden der Läuferstäbe durch Reibschweißen mit den stirnseitig angeordneten Kurzschlussringen verbunden werden. Um dabei mittels des Reibschweißens prozesssicher eine feste Verbindung aller Läuferstabenden mit dem Kurzschlussringen zu erreichen, wird im Bereich der Läuferstabenden zwischen Blechpaket und Kurzschlussring ein zusätzlicher Kontaktring angeordnet, in welchen die Läuferstabenden hineinragen. Der Kontaktring ist dabei in einer solchen Weise ausgelegt, dass die dem jeweiligen Kurzschlussring zugewandten Stirnseiten der Läuferstäbe näherungsweise bündig mit der Stirnseite des Kontaktrings abschließen. Die Läuferstabenden bilden dann zusammen mit dem Kontaktring eine geschlossene und plane Ringfläche, welche während des Reibschweißens an der gegenüberliegenden, planparallelen Fläche des Kurzschlussrings reibt. Durch diese Ausgestaltung der Schweißfläche als durchgehende Ringfläche entsteht beim Reiben der beiden Fügepartner eine homogene Wärmeverteilung, was eine gleichmäßige Erwärmung der Fügepartner zur Folge hat und wodurch, bei zudem geringerer Kerbenbildung, aufgrund der gleichmäßig aufeinander reibenden Flächen eine Oxidbildung verhindert wird.
Zudem ist durch die DE 10 2014 223 380 A1 ein weiteres Fertigungsverfahren für einen Kurzschlussläufer sowie ein entsprechend gefertigter Kurzschlussläufer bekannt, wobei die Läuferstäbe im Rahmen des Fertigungsverfahrens mit den Kurzschlussringen des Kurzschlussläufers durch Reibschweißen verbunden werden. Hierfür werden wiederum die Läuferstäbe in das Blechpaket des Kurzschlussläufers ein- und je stirnseitig ein Profilring auf die Läuferstabenden aufgebracht, wobei die Läuferstäbe den jeweiligen Profilring durchlaufen, über diesen überstehen und der Profilring an dem Blechpaket anliegt. Eine Verbindung zwischen dem Profilring und den Läuferstäben wird dabei entweder durch eine plastische Verformung der Läuferstäbe aufgrund einer axial wirkenden Kraft und/oder dem Ausbilden wenigstens einer Schweißnaht zwischen den Läuferstäben und den Profilringen erzeugt. Durch Rotationsschweißen eines zusätzlichen Verbindungsrings mit den Läuferstäben und/oder dem jeweiligen Profilring wird ein jeweiliger Kurzschlussring ausgebildet, wobei sich der Überstand der Läuferstäbe aufgrund der beim Rotationsschweißen wirkenden Axialkraft verformt. Ferner kann wenigstens einer der Profilringe dazu verwendet werden, das Blechpaket und die darin eingebrachten Läuferstäbe gegenüber dem oder den rotierenden Verbindungsringen zu fixieren. Hierfür kann der betreffende Profilring eine asymmetrische Außenkontur aufweisen und beispielsweise ellipsoid oder mit wenigstens einer Ecke ausgeformt sein, wobei über die Außenkontur ein Formschluss zu einem Fixierwerkzeug bewirkt wird.
In vergleichbarer Weise beschreibt auch die CN 1 08 788 448 A einen Kurzschlussläufer. Auch hier wird auf die endseitig aus einem Eisenkern herausragenden Läuferstäbe ein Profilring aufgebracht, wobei dieser Profilring eine Zahnung aufweist, in welche die Läuferstäbe eingreifen und einen Überstand mit dem am Eisenkern anliegenden Profilring ausbilden. Zur Erzeugung eines Kurzschlusskäfigs wird auf das Aufbringen des Profilrings folgend über ein Reibschweißen je stirnseitig ein Kurzschlussring mit den Läuferstäben verbunden. Zum Reibschweißen wird der Eisenkern samt Läuferstäben und Profilringen über eine Spannvorrichtung drehfest und die beiden Kurzschlussringe über jeweils ein Spannfutter drehbar gehaltert, wobei die Spannfutter und somit die Kurzschlussringe über jeweils einen Motor in Rotation versetzt werden.
Den vorstehenden Lösungen ist in nachteiliger Weise jedoch gemein, dass die Fläche, über welche die Läuferstäbe und die Ringe miteinander reibverschweißt werden, vergleichsweise gering ist, sodass eine optimale Verbindung nicht immer gewährleistet werden kann.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Rotor sowie Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Verbindung zwischen den Kurzschlussstäben und/oder den Ringen verbessert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Rotor gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie ein Verfahren gemäß der Merkmale des Patentanspruchs 9. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Rotor und/oder ein Halbfabrikat eines Rotors einer elektrischen Maschine, bevorzugt eines Elektromotors, vorgesehen, bei welchem Kurzschlussstäbe oder eine die Kurzschlussstäbe umfassende Käfigteilgruppe eines Kurzschlusskäfigs des Rotors und/oder des Halbfabrikats in einem Blechpaket, hierbei insbesondere in Nuten des Blechpakets, des Rotors und/oder des Halbfabrikats angeordnet, insbesondere eingesteckt, sind. Die elektrische Maschine respektive der Elektromotor wäre hierbei in besonders bevorzugter Ausführung eine Asynchronmaschine. Der Rotor wäre entsprechend ein Kurzschlussläufer oder Käfigläufer.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß auf zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen - axialen - Seite des Blechpakets und/oder der Kurzschlussstäbe befindenden beiden Gruppen von Enden der Kurzschlussstäbe, je Gruppe, ein - axial - innerer Ring aufgebracht. Im Rotor sind der innere Ring und/oder die jeweilige Gruppe von Enden zudem mit einem - axial - äußeren Ring wenigstens teilweise, und hierbei insbesondere elektrisch leitend, verbunden, wobei ein jeder der Ringe einen dem weiteren Ring zugewandten Stirnbereich aufweist und die Ringe im Rotor über Anbindungsflächen der Stirnbereiche zumindest teilweise verbunden sind. Das Verbinden der Ringe erfolgt dabei insbesondere durch ein Reibschweißen, bevorzugt im Rahmen eines der erfindungsgemäßen Verfahren, welche an anderer Stelle näher erläutert werden. Die Kurzschlussstäbe können, wie bereits zuvor erläutert, auch bereits Teil einer Käfigteilgruppe sein, wobei diese neben den Kurzschlussstäben insbesondere bereits wenigstens einen Ring aufweist, welcher einseitig mit den Enden der Kurzschlussstäbe insbesondere elektrisch leitend verbunden wäre. Ferner können sich auch die Werkstoffe der Ringe und/oder der Kurzschlussstäbe unterscheiden, wobei als Werkstoffe beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium respektive Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen einsetzbar wären. So könnte mindestens ein Ring mit einem zu den Kurzschlussstäben abweichenden Material ausgeführt sein. Denkbar wären in diesem Sinne beispielsweise Kurzschlussstäbe aus Kupfer und Ringe aus Aluminium.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Stirnbereiche der Ringe, d. h. von innerem Ring und äußerem Ringdes Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors, bei welchem die Ringe insbesondere in einem Ausgangszustand vor dem Reibschweißen und somit noch unverbunden vorliegen, miteinander korrespondierend ausgeformt sind und hierbei die Stirnbereiche und/oder die Anbindungsflächen der Stirnbereiche eine Ausgestaltung aufweisen, welche von einer normal auf - respektive im rechten Winkel zu - einer Längsachse der Ringe und somit des Rotors und/oder Halbfabrikats stehenden, planen Ringfläche abweicht. So liegen überaus vorteilhaft Anbindungsflächen vor, welche einen gegenüber einer solchen Ringfläche erhöhten Flächeninhalt aufweisen, sodass eine optimale Verbindung der Ringe und/oder der Gruppe von Enden gewährleistet werden kann.
Grundsätzlich wäre es hierbei möglich, dass die Ringe nicht rotationssymmetrisch ausgeformt sind. Die Stirnbereiche der Ringe könnten somit z. B. über den gesamten Ringdurchmesser angestellte Anbindungsflächen aufweisen, sodass ein über den gesamten Ringdurchmesser laufender, mittiger Querschnitt respektive eine seitliche Projektion des Rings - im Wesentlichen - dreieckförmig ausgestaltet ist oder der Form eines rechtwinkligen Trapezes entspricht respektive diesem folgt; dies entsprechend unterbrochen von der mittigen Ringöffnung. In einem solchen Fall können die Ringe insbesondere über ein als Vibrationsreibschweißen ausgebildetes Reibschweißen verbunden werden oder sein. Bevorzugt sollte jedoch eine rotationssymmetrische Ausformung der Ringe vorliegen. Bei einer solchen rotationssymmetrischen Ausformung ließen sich die Ringe und/oder die Kurzschlussstäbe zudem vereinfacht über ein als Rotationsreibschweißen ausgebildetes Reibschweißen miteinander verbinden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Stirnbereiche der Ringe des Rotors oder des Halbfabrikats des Rotors zudem konkav und/oder konvex ausgeformt und greifen bei einer Anordnung, insbesondere vor einem Reibschweißen der Ringe, aneinander ineinander. Die sich gegenüberliegenden Stirnbereiche der Ringe könnten hierbei z. B. jeweils konisch und/oder gekrümmt ausgeformt sein, sodass ein über den Radius der Ringe laufender, mittiger Querschnitt der Stirnbereiche - im Wesentlichen - der Form eines Bogenabschnitts gleicht und/oder folgt.
Diese Weiterbildung darüber hinaus ausgestaltend weist die Anbindungsfläche eines jeweiligen Rings jedoch wenigstens zwei Teilflächen auf, welche gegenüber einer normal auf - respektive im rechten Winkel zu - der Längsachse der Ringe und somit des Rotors und/oder Halbfabrikats stehenden, planen Ringfläche, insbesondere gleich hoch, jedoch gegenläufig geneigt sind. Die Stirnbereiche der Ringe wären in dieser Form von innerem und äußerem Durchmesser respektive Radius, insbesondere spitz zulaufend ausgeformt, sodass ein über den Radius laufender, mittiger Querschnitt der Stirnbereiche - im Wesentlichen - dreieckförmig, insbesondere in Form eines gleichschenkligen Dreiecks, ausgebildet ist oder der Form eines gleichschenkligen Trapezes gleicht und/oder folgt. Derartig ausgeformte Stirnbereiche der Ringe stellen hierbei einen optimalen Kompromiss zwischen Fertigungsaufwand und Vergrößerung der Anbindungsfläche und damit einhergehend einer im Wesentlichen optimalen Verbindung der Ringe und/oder Kurzschlussstäbe dar.
Eine gewinnbringende Ausgestaltung der Erfindung lässt sich zudem dadurch erkennen, dass in wenigstens einem der Ringe des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors zumindest ein Auffangreservoir, insbesondere zur Aufnahme von aufgeschmolzenem und/oder verdrängtem Material der Ringe und/oder der Kurzschlussstäbe, ausgebildet ist. So kann, bevorzugt im Rahmen zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Teil des während des Reibschweißens der Ringe und/oder der Enden der Kurzschlussstäbe aufgeschmolzenen und/oder verdrängten respektive verschmierten Materials der Ringe und/oder der Kurzschlussstäbe in das Auffangreservoir oder die Auffangreservoirs überführt werden. Derart lässt sich beim Reibschweißen störendes und/oder überschüssiges Material überaus vorteilhaft von den Anbindungsflächen abführen und somit eine optimale Verbindung der Ringe verbessert gewährleisten.
Die vorstehende Ausgestaltung weiterbildend ist in einer Ausbildung der Erfindung zudem angedacht, dass ein jedes Auffangreservoir als eine Ausnehmung ausgeformt ist, welche - unmittelbar - an eine im inneren Ring ausgebildete Staböffnung zur Aufnahme eines der Kurzschlussstäbe angrenzt. Grundsätzlich wäre hierbei eine Ausformung eines jeden Auffangreservoirs auch im äußeren Ring oder in beiden Ringen denkbar. In einem solchen Fall könnten die Ringe und/oder die Enden der Kurzschlussstäbe, beispielsweise durch ein Vibrationsreibschweißen, miteinander verbunden werden, da hierbei die Positionierung und/oder Aufrichtung eines jeden Auffangreservoirs gegenüber den Staböffnungen und somit den Kurzschlussstäben vereinfacht möglich ist. Bevorzugt wäre ein jedes Auffangreservoir jedoch im inneren Ring, entsprechend - unmittelbar - an eine Staböffnung angrenzend, ausgeformt, womit gewinnbringend auf eine Positionierung und/oder Ausrichtung der Auffangreservoirs verzichtet werden könnte. Die - unmittelbar - angrenzende Ausformung stellt dabei eine vorteilhaft einfache Ausgestaltung der Auffangreservoirs dar, mittels welcher das Material direkt an einer Entstehungsstelle aufgenommen werden kann.
In einer weiteren vielversprechenden Ausführungsform der Erfindung ist wiederum im inneren Ring des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors wenigstens ein Auffangreservoir ausgebildet, wobei ein jeweiliges Auffangreservoir jedoch durch eine im inneren Ring zur Aufnahme eines Kurzschlussstabs - axial - ausgeformte Staböffnung sowie dem in die Staböffnung eingebrachten und hinter der Anbindungsfläche zurückstehenden Kurzschlussstab selbst ausgebildet ist. So müsste in vorteilhafter Weise keine zusätzliche Ausformung eines Auffangreservoirs in einem der Ringe erfolgen, wodurch sich Fertigungskosten des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors verringern lassen. Eine Verbindung zwischen den Ringen und/oder den Kurzschlussstäben würde dann unter anderem auch durch das im Auffangreservoir aufgenommene Material erfolgen.
Darüber hinaus ist in einer Erfolg versprechenden Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in wenigstens einem der Ringe des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors ein Auffangreservoir ausgebildet ist, wobei das Auffangreservoir durch zumindest eine in Umfangsrichtung bogenförmig verlaufende Nut ausgeformt ist, welche zumindest zwei im inneren Ring zur Aufnahme eines Kurzschlussstabs - axial - ausgeformte Staböffnungen überspannt. Durch die somit über die Nut vorliegende direkte Verbindung zwischen den Staböffnungen und demnach zwischen den Enden der Kurzschlussstäbe, würden die Staböffnungen sowie Kurzschlussstäbe durch das beim Reibschweißen aufgeschmolzene und/oder verdrängte respektive verschmierte Material der Ringe und/oder der Kurzschlussstäbe selbst zusätzlich verbunden und somit eine überaus zuverlässige, insbesondere elektrische, Verbindung zwischen den Kurzschlussstäben gewährleistet werden.
Als mit Vorteil behaftet lässt sich eine Ausgestaltung der Erfindung zudem dann ansehen, wenn der äußere Ring des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors zumindest ein Auffangreservoir aufweist, wobei das Auffangreservoir durch wenigstens einen zumindest abschnittweise umlaufend am äußeren Ring ausgeformten Bund ausgeformt ist. Derart kann auch über die Seiten der Ringe, insbesondere des äußeren Rings aufgeschmolzenes und/oder verdrängtes respektive verschmiertes Material durch das Auffangreservoir aufgenommen werden. Vorteilhaft ließe sich somit insbesondere eine Verunreinigung weiterer Komponenten des Rotors, des Halbfabrikats des Rotors und/oder von zum Reibschweißen verwendeten Werkzeugen gewinnbringend vermeiden.
Ferner stellt sich eine Ausbildung der Erfindung als besonders praxisgerecht dar, wenn im Rotor und/oder im Halbfabrikat des Rotors ein jeweiliges Ende der Kurzschlussstäbe zumindest einer der Gruppen von Enden über die Anbindungsfläche des inneren Rings überstehen und eine an die Kontur der beim Verbinden gegenüberliegenden Stirnbereiche der Ringe angepasste Geometrie aufweisen. So ließe sich insbesondere in Kombination mit wenigstens einem Auffangreservoir eine sichere Verbindung der Ringe und/oder der Kurzschlussstäbe verwirklichen, da durch die überstehenden Enden der Kurzschlussstäbe beim Reibschweißen ein optimaler Kontakt mit den Ringen, insbesondere dem äußeren Ring, gewährleistbar und durch das insbesondere von den Enden aufgeschmolzene und/oder verdrängte respektive verschmierte Material eine homogene Verbindung erzeugbar ist. Das Ende der Kurzschlussstäbe könnte dabei je nach Anforderung z. B. konvex und/oder konkav ausgeformt sein.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Rotors und/oder des Halbfabrikats vorgesehen. Im Rahmen des Verfahrens werden dabei zunächst die Kurzschlussstäbe oder eine die Kurzschlussstäbe umfassende Käfigteilgruppe des Kurzschlusskäfigs in dem Blechpaket, hierbei insbesondere in Nuten des Blechpakets, des Rotors angeordnet, bevorzugt eingesteckt. Anschließend wird auf zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen - axialen - Seite des Blechpakets und/oder der Kurzschlussstäbe befindenden beiden Gruppen von Enden der Kurzschlussstäbe, je Gruppe, der - axial - innere Ring aufgebracht. Darauffolgend wird der jeweilige innere Ring und/oder die jeweilige Gruppe von Enden durch ein Reibschweißen mit dem - axial - äußeren Ring, insbesondere elektrisch leitend, verbunden. Der innere Ring stellt dabei während des Reibschweißens bevorzugt einen Anschlag und/oder Lager für den äußeren Ring dar, sodass eine im Wesentlichen ideale Verbindung zwischen den Enden der Kurzschlussstäbe und dem äußeren Ring gewährleistet werden kann. Das Reibschweißen wäre dabei bevorzugt ein Rotationsreibschweißen und/oder ein Vibrationsreibschweißen. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Stirnbereiche, insbesondere des Halbfabrikats des Rotors, in einem Ausgangszustand vor dem Reibschweißen eine sich voneinander unterscheidende Formgebung aufweisen und - somit - in Kontakt der zum Reibschweißen mit ihren Anbindungsflächen der Stirnbereiche zugewandt ausgerichteten Ringe ein Freibereich zwischen den Ringen ausgebildet ist. Dieser Freibereich wird dabei während des Reibschweißens zumindest minimiert, indem die Stirnbereiche respektive die Anbindungsflächen während des Reibschweißens und/oder durch das Reibschweißen verformt werden. Die miteinander verbundenen Teile der Anbindungsflächen nehmen somit über die Dauer des Reibschweißens zu. Aufgrund der somit sukzessive fortschreitenden Verbindung der Anbindungsflächen und damit der Ringe und/oder der Enden der Kurzschlussstäbe lässt sich eine Verbindung im Wesentlichen über die gesamten Anbindungsflächen gewährleisten und unverbundene Bereiche der Ringe und/oder Enden der Kurzschlussstäbe vermeiden. Der Freibereich, welcher vor dem Reibschweißen durch die Anbindungsflächen begrenzt respektive eingeschlossen wird, kann dadurch ausgebildet sein, dass die Teilflächen der Anbindungsfläche eines jeweiligen Rings zwar je Ring gleichhoch, von Ring zu Ring jedoch unterschiedlich hoch geneigt sind und/oder einen differierenden Flächeninhalt aufweisen.
Überdies ist erfindungsgemäß ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, bevorzugt eines Elektromotors, vorgesehen. Im Rahmen des Verfahrens werden dabei zunächst Kurzschlussstäbe eines Kurzschlusskäfigs des Rotors in einem Werkzeug zueinander ausgerichtet angeordnet, hierbei insbesondere in das Werkzeug eingesteckt. Anschließend werden zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen - axialen - Seite der Kurzschlussstäbe befindenden beiden Gruppen von Enden der Kurzschlussstäbe durch ein Reibscheißen mit zumindest einem Ring je Gruppe, insbesondere elektrisch leitend, zu dem Kurzschlusskäfig oder einer Käfigteilgruppe des Kurzschlusskäfigs verbunden. Derart ließe sich insbesondere ein Kurzschlusskäfig oder eine Käfigteilgruppe bereitstellen, bei welcher die Enden der Kurzschlussstäbe auch lediglich über einen Ring miteinander, insbesondere elektrisch leitend, verbunden sind. Ein Anschlag und/oder Lager für diesen Ring - während des Reibschweißens - ließe sich dabei über das Werkzeug bereitstellen, sodass ein zweiter, insbesondere innerer Ring nicht vonnöten wäre, jedoch ebenso angeordnet werden könnte.
Zudem wäre in einer Ausgestaltung des, insbesondere vorstehenden, erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass ausschließlich eine erste Gruppe der beiden Gruppen von Enden in dem Werkzeug durch Reibschweißen mit dem zumindest einem Ring verbunden wird und eine somit aus den Kurzschlussstäben und dem zumindest einen Ring umfassende Käfigteilgruppe in dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird;dies insbesondere, indem die Käfigteilgruppe im Blechpaket des Rotors angeordnet wird.
In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zudem auf das Reibschweißen folgend zumindest ein Halteelement, welches an wenigstens einem der Ringe ausgeformt ist, entfernt. Wenigstens einer der inneren und/oder äußeren Ringe des Rotors und/oder des Halbfabrikats des Rotors würden somit wenigstens ein Halteelement aufweisen, über welches innere und/oder äußere Ringe während des Reibschweißens fixiert werden und/oder eine Bewegung auf wenigstens einen der Ringe übertragen wird. Durch das Entfernen der Halteelemente werden gewinnbringend Unwuchten im Rotor und somit ein unrunder Lauf des Rotors vermieden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

1 eine Weiterbildung eines Halbfabrikats eines erfindungsgemäßen Rotors;
2 eine Weiterbildung eines äußeren Rings;
3 eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Rotors .

1 zeigt eine Weiterbildung eines Halbfabrikats 11 des in 3 näher aufgezeigten Rotors 1. Hierbei sind in dem Blechpaket 4 des Halbfabrikats 11 des Rotors 1 die Kurzschlussstäbe 2 des Kurzschlusskäfigs 3 des Rotors 1 angeordnet. Ferner sind auf beide Gruppen der sich auf einer jeweiligen Seite des Blechpakets 4 und entsprechend der Kurzschlussstäbe 2 befindenden Gruppen von Enden 5 der Kurzschlussstäbe 2, je Gruppe, einer der beiden inneren Ringe 6 aufgebracht und liegen - unmittelbar - am Blechpaket 4 an. Hierfür sind in den inneren Ringen 6 Staböffnungen 15 zur Aufnahme der Kurzschlussstäbe 2 ausgebildet. Zur Herstellung des in 3 aufgezeigten Rotors 1 aus dem Halbfabrikat 11 des Rotors 1 wird der jeweilige innere Ring 6 und die jeweilige Gruppe von Enden 5 durch ein Reibschweißen mit dem im Detail in 2 dargestellten äußeren Ring 7 verbunden.
Dabei weist ein jeder der Ringe 6, 7 den dem weiteren Ring 6, 7 zugewandten Stirnbereich 8, 9 auf, wobei die Ringe 6, 7 im in 3 gezeigten Rotor 1 im Speziellen über die Anbindungsflächen 10 der Stirnbereiche 8, 9 verbundenen sind. Die Stirnbereiche 8, 9 der Ringe 6, 7 sind hierbei miteinander korrespondierend ausgeformt, wobei die Stirnbereiche 8, 9 wie auch die Anbindungsflächen 10 der Stirnbereiche 8, 9 eine Ausgestaltung aufweisen, welche von einer normal auf einer Längsachse 12 des Rotors 1 sowie des Halbfabrikats 11 stehenden, planen und beispielsweise 3 zu entnehmenden Ringfläche 13 abweicht. Im Genauen ist der Stirnbereich 8 des inneren Rings 6 des Rotors 1 sowie des Halbfabrikats 11 des Rotors 1 hierbei konkav und der Stirnbereich 9 des äußeren Rings 7 konvex ausgeformt, wobei die Stirnbereiche 8, 9 somit bei einer Anordnung aneinander ineinandergreifen.
Es ist ferner anzumerken, dass die Anbindungsfläche 10 eines jeweiligen der Ringe 6, 7 zwei Teilflächen 14 aufweist, welche gegenüber der normal auf der Längsachse 12 des Rotors 1 sowie der Ringe 6, 7 selbst stehenden, planen Ringfläche 13 gleich hoch, jedoch gegenläufig geneigt sind. Eine solche plane Ringfläche 13 ist zudem auch 2 zu entnehmen. Dabei wird in 2 auch im Detail aufgezeigt, dass der Stirnbereich 9 des dargestellten rotationssymmetrischen äußeren Rings 7 aufgrund der geneigten Teilflächen 14 vom inneren und äußeren Durchmesser respektive Radius R des Rings 7 spitz zulaufend ausgeformt ist, sodass der über den Radius R laufende, mittige Querschnitt des Stirnbereichs 9 dreieckförmig ausgebildet ist. Selbiges ist hierbei auf die in 1 gezeigten inneren Ringe 6 zutreffend.
In einer Weiterbildung eines der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des in 3 dargestellten Rotors 1 weisen die vorstehend genannten Stirnbereiche 8, 9 in einem Ausgangszustand vor dem Reibschweißen der Ringe 6, 7 und somit im Zustand der 1 und 2 eine sich voneinander unterscheidende Formgebung auf. In der vorliegenden Ausgestaltung der 1 und 2 würden die Teilflächen 14 der Anbindungsfläche 10 des inneren Rings 6 und des äußeren Rings 7 dabei zwar je Ring 6, 7 gleich hoch, von innerem Ring 6 zu äußerem Ring 7 jedoch unterschiedlich hoch geneigt sein, sodass ein sich unterscheidender dreieckförmiger Querschnitt der Stirnbereiche 8, 9 vorliegt. Hierdurch schließen die zum Reibschweißen mit ihren Anbindungsflächen 10 der Stirnbereiche 8, 9 zugewandt ausgerichteten Ringe 6, 7 in Kontakt einen Freibereich zwischen den Ringen 6, 7 ein, welcher während des Reibschweißens zumindest minimiert wird, indem die Stirnbereiche 8, 9 während des Reibschweißens und/oder durch das Reibschweißen verformt werden.
1 ist dabei darüber hinaus zu entnehmen, dass die Enden 5 der Kurzschlussstäbe 2 über die Anbindungsfläche 10 des inneren Rings 6 überstehen, wodurch eine optimale Verbindung mit dem äußeren Ring 7 gewährleistet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Kurzschlussstab
3: Kurzschlusskäfig
4: Blechpaket
5: Ende
6: innerer Ring
7: äußerer Ring
8: Stirnbereich
9: Stirnbereich
10: Anbindungsfläche
11: Halbfabrikat
12: Längsachse
13: plane Ringfläche
14: Teilfläche
15: Staböffnung
R: Radius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10258029 B4 [0009]
DE 102014223380 A1 [0010]
CN 108788448 A [0011]

Claims

Rotor (1) einer elektrischen Maschine, wobei Kurzschlussstäbe (2) eines Kurzschlusskäfigs (3) des Rotors (1) in einem Blechpaket (4) des Rotors (1) angeordnet sind und auf zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen Seite des Blechpakets (4) und/oder der Kurzschlussstäbe (2) befindenden beiden Gruppen von Enden (5) der Kurzschlussstäbe (2), je Gruppe, ein innerer Ring (6) aufgebracht und im Rotor (1) der innere Ring (6) und/oder die jeweilige Gruppe von Enden (5) mit einem äußeren Ring (7) wenigstens teilweise verbunden sind, hierbei ein jeder der Ringe (6, 7) einen dem weiteren Ring (6, 7) zugewandten Stirnbereich (8, 9) aufweist, wobei die Ringe (6, 7) im Rotor (1) über Anbindungsflächen (10) der Stirnbereiche (8, 9) zumindest teilweise verbundenen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnbereiche (8, 9) der Ringe (6, 7) des Rotors (1) und/oder eines Halbfabrikats (11) des Rotors (1) miteinander korrespondierend ausgeformt sind und hierbei die Stirnbereiche (8, 9) und/oder die Anbindungsflächen (10) der Stirnbereiche (8, 9) eine Ausgestaltung aufweisen, welche von einer normal auf einer Längsachse (12) des Rotors (1) und/oder Halbfabrikats (11) stehenden, planen Ringfläche (13) abweicht.
Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnbereiche (8, 9) der Ringe (6, 7) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats (11) des Rotors (1) konkav und/oder konvex ausgeformt sind und bei Anordnung aneinander ineinandergreifen, wobei die Anbindungsfläche (10) eines jeweiligen Rings (6, 7) wenigstens zwei Teilflächen (14) aufweist, welche gegenüber einer normal auf der Längsachse (12) des Rotors (1) und/oder Halbfabrikats (11) stehenden, planen Ringfläche (13) geneigt sind.
Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Ringe (6, 7) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats (11) des Rotors (1) ein Auffangreservoir ausgebildet ist, wobei ein jedes Auffangreservoir als eine Ausnehmung ausgeformt ist, welche an eine im inneren Ring (6) ausgebildete Staböffnung (15) zur Aufnahme eines der Kurzschlussstäbe (2) angrenzt.
Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren Ring (6) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats (11) des Rotors (1) wenigstens ein Auffangreservoir ausgebildet ist, wobei ein jeweiliges Auffangreservoir durch eine im inneren Ring (6) zur Aufnahme eines Kurzschlussstabs (2) ausgeformte Staböffnung (15) sowie dem in die Staböffnung (15) eingebrachten und hinter der Anbindungsfläche (10) zurückstehenden Kurzschlussstab (2) selbst ausgebildet ist.
Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Ringe (6, 7) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats (11) des Rotors (1) ein Auffangreservoir ausgebildet ist, wobei das Auffangreservoir durch zumindest eine in Umfangsrichtung bogenförmig verlaufende Nut ausgeformt ist, welche zumindest zwei im inneren Ring (6) zur Aufnahme eines Kurzschlussstabs (2) ausgeformte Staböffnungen (15) überspannt.
Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring (7) des Rotors (1) und/oder des Halbfabrikats (11) des Rotors (1) ein Auffangreservoir aufweist, wobei das Auffangreservoir durch wenigstens einen zumindest abschnittsweise umlaufend am äußeren Ring (7) ausgeformten Bund ausgeformt ist.
Rotor (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rotor (1) und/oder im Halbfabrikat (11) des Rotors (1) ein jeweiliges Ende (5) der Kurzschlussstäbe (2) zumindest einer Gruppe von Enden (5) über die Anbindungsfläche (10) des inneren Rings (6) überstehen und/oder eine an die Kontur der gegenüberliegenden Stirnbereiche (8, 9) der Ringe (1) angepasste Geometrie aufweisen.
Verfahren zur Herstellung des Rotors (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kurzschlussstäbe (2) oder eine die Kurzschlussstäbe (2) umfassende Käfigteilgruppe des Kurzschlusskäfigs (3) in dem Blechpaket (4) des Rotors (1) angeordnet werden und auf zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen Seite des Blechpakets (4) und/oder der Kurzschlussstäbe (2) befindenden beiden Gruppen von Enden (52) der Kurzschlussstäbe (2), je Gruppe, der innere Ring (6) aufgebracht und der jeweilige innere Ring (6) und die jeweilige Gruppe von Enden (5) durch ein Reibschweißen mit dem äußeren Ring (7) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnbereiche (8, 9) in einem Ausgangszustand vor dem Reibschweißen eine sich voneinander unterscheidende Formgebung aufweisen und in Kontakt der zum Reibschweißen mit ihren Anbindungsflächen (10) der Stirnbereiche (8, 9) zugewandt ausgerichteten Ringe (6, 7) ein Freibereich zwischen den Ringen (6, 7) ausgebildet ist und dieser Freibereich während des Reibschweißens zumindest minimiert wird, indem die Stirnbereiche (8, 9) während des Reibschweißens und/oder durch das Reibschweißen verformt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) einer elektrischen Maschine wobei Kurzschlussstäbe (2) eines Kurzschlusskäfigs (3) des Rotors (1) in einem Werkzeug zueinander ausgerichtet angeordnet werden und zumindest eine Gruppe der sich auf einer jeweiligen Seite der Kurzschlussstäbe (2) befindenden beiden Gruppen von Enden (5) der Kurzschlussstäbe (2) durch ein Reibscheißen mit zumindest einem Ring (6, 7) je Gruppe zu dem Kurzschlusskäfig (3) oder einer Käfigteilgruppe des Kurzschlusskäfigs (3) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Reibschweißen folgend an wenigstens einem der Ringe (6, 7) ausgeformte Halteelemente entfernt werden.