EP4264802A1 - Gewichtsoptimierte rotorwelle und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Gewichtsoptimierte rotorwelle und verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
EP4264802A1
EP4264802A1 EP21830647.0A EP21830647A EP4264802A1 EP 4264802 A1 EP4264802 A1 EP 4264802A1 EP 21830647 A EP21830647 A EP 21830647A EP 4264802 A1 EP4264802 A1 EP 4264802A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft body
shaft
rotor shaft
rotor
running
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21830647.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Grosserüschkamp
Claus Disser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4264802A1 publication Critical patent/EP4264802A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/14—Spinning
    • B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/40—Shaping by deformation without removing material
    • F16C2220/42—Shaping by deformation without removing material by working of thin-walled material such as sheet or tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2220/00—Shaping
    • F16C2220/40—Shaping by deformation without removing material
    • F16C2220/44—Shaping by deformation without removing material by rolling

Definitions

  • the invention relates to a rotor shaft and a method for producing a rotor shaft.
  • Rotor shafts are components in electric motors, among other things, in particular in electric motors for on-road electric or hybrid vehicles, and have the task of transmitting the torque of the electric motor.
  • a so-called laminated rotor core is connected or fixed to the rotor shaft.
  • the overall weight of such a design should be as low as possible in order to increase the range of the electric or hybrid vehicle or to reduce power consumption.
  • Laminated rotor cores can either be connected or fixed to the rotor shaft in a force-fitting manner, for example disclosed in German patent application DE 10 2014 106 614 A1, or in a form-fitting manner, for example in German patent application DE 10 2016 215 979 A1, or from a combination thereof.
  • the non-positive connection has the disadvantage that it causes high stresses in the laminations of the rotor laminated core, which have higher electromechanical losses in comparison to the purely positive connection or the combination of positive and non-positive connection.
  • For the form-fitting connection geometries are provided on the outer surface of the rotor shaft, which can be found in the individual laminations of the rotor laminated core as a negative form in order to create the form-fitting connection here. These geometries are subtracted into the outer surface of the rotor shaft, which means that the cross-section of the rotor shaft is weakened. The rotor shaft must therefore be designed in such a way that this local reduction in thickness is compensated.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a rotor shaft and a method for its production, with which an excessive weight can be substantially reduced.
  • a rotor shaft which has a hollow shaft body with at least one profiling running on the outside of the shaft body in the longitudinal extension of the shaft body for positively locking reception or connection of a laminated rotor core, by additionally providing at least one bead-shaped profiling on the inside of the shaft body, which extends in the longitudinal extension of the Shaft body runs parallel to the profiling running on the outside of the shaft body, an essentially constant thickness of the shaft body can be maintained, so that the thickness of the shaft body can be reduced to a necessary minimum, which can withstand the loads in the final use, in order to avoid additional mass and thereby Save weight, so that a weight-optimized rotor shaft can be provided.
  • the shaft body By providing at least one bead-shaped profiling on the inside of the shaft body in the area and on the side facing away from the profiling running outside on the shaft body in the longitudinal extension of the shaft body, the shaft body also does not experience any material weakening in the area of the external profiling and thus in the area of the form-fit connection of the rotor lamination stacks, so that a weight-optimized design of the rotor shaft is only possible.
  • the shaft body is pressure rolled.
  • the profiling running on the outside of the shaft body in the longitudinal extent of the shaft body can be designed as a recess and/or groove. Other geometric shapes are also conceivable, which are suitable for receiving a rotor lamination stack in a form-fitting manner. Furthermore, the profiling running on the outside can be limited to a (partial) section or can extend continuously on the shaft body. A plurality of longitudinal profilings distributed over the circumference can be present in (partial) sections or continuously. The at least one bead-shaped profile is thus (always) arranged in the area and parallel to the profile running on the outside. Due to the at least one bead-shaped profiling, a narrowing of the cross section occurs in the interior of the hollow shaft body in section locally or in sections over the inner circumference. Further advantageous configurations and developments emerge from the following description. One or more features from the claims, the description and the drawing can be combined with one or more other features from them to further refine the invention. One or more features from the independent claims can also be linked by one or more other features.
  • the rotor shaft has at least one end section which is arranged at one end of the shaft body and closes off one end of the shaft body.
  • the hollow shaft body is thus closed at least on one side or at one of its ends by the end section.
  • the rotor shaft preferably has end sections which are arranged at both ends of the shaft body and close off the ends of the shaft body.
  • the end section particularly preferably has a spigot section or the two end sections each have a spigot section which is designed in such a way that this or these can be rotatably accommodated in corresponding bearings in the electrical component.
  • the shaft body and optionally an end section of the rotor shaft are pressure-rolled.
  • At least the majority of the rotor shaft can be produced from a semi-finished product by means of spinning rollers, so that preferably an end section and the hollow shaft body of the rotor shaft are made or formed from one material by means of spinning rollers in one piece and are therefore weight-optimized.
  • the invention relates to a method for producing a rotor shaft having a hollow shaft body with at least one profiling running on the outside of the shaft body in the longitudinal extension of the shaft body, the method comprising the following steps:
  • the shaping is carried out by means of flow-forming in one or more flow-forming steps, with at least one bead-shaped profile being produced in the longitudinal extension of the shaft body on the inside of the shaft body in the flow-forming step or in one of the flow-forming steps.
  • Flow-forming is understood to be a process for shaping rotationally symmetrical hollow bodies without cutting.
  • a semi-finished product for example a circular blank or a hollow profile, is clamped and/or fixed on a spinning chuck and rotated.
  • At least one pressure disc/roller or another appropriate means is moved against the rotating semi-finished product, so that a partial deformation occurs through compressive stresses that are introduced into the material of the semi-finished product by the radially guided pressure rollers.
  • the material flows and takes on the contour of the internal spinning chuck in an axial processing step from one end of the semi-finished product to the other. If the spinning chuck is circular, the flow-formed shaft body has a circular, cylindrical inner geometry.
  • the shape of the spinning chuck is preferably designed in such a way that internal geometries can be implemented on the inside of the flow-formed shaft body.
  • the at least one pressure disk/roller plastically deforms the material of the semi-finished product due to the direct pressure effect, whereby a defined axial movement of the at least one pressure disk/roller can result in the starting wall thickness of the semi-finished product being reduced to an adjustable (end wall) thickness becomes.
  • the inner contour of the flow-formed semi-finished product/shaft body can be molded directly from the spinning chuck. Additionally or alternatively, individual thicknesses can also be set via the axial alignment of the shaft body. Flow-forming corresponds to the state of the art.
  • a negative shape is taken into account in the spinning chuck or core, which takes into account a bead-shaped profiling on the inside of the shaft body in the longitudinal extension in the shaft body to be produced.
  • hot-rolled or cold-rolled sheet metal workpieces preferably made of an iron-based material, preferably made of a steel material, prefabricated in the form of a blank or as a hollow profile are used as metallic semi-finished products.
  • the thickness of the semi-finished product can be between 2.0 and 25 mm.
  • the thickness is in particular at least 2.5 mm, preferably at least 3.5 mm and is in particular limited to a maximum of 22 mm, preferably a maximum of 20 mm.
  • the at least one profiling running on the outside of the shaft body in the longitudinal extension of the shaft body is produced in the area and parallel on the side facing away from the bead-shaped profiling.
  • the at least one bead-shaped profile is set on the inside of the shaft body during the flow-forming step or in one of the flow-forming steps, so that the at least one profile running on the outside of the shaft body is then produced.
  • the profiling running on the outside is preferably produced by machining, since the profiling for the form-fitting reception and connection of the laminated rotor cores can be specifically adjusted and introduced within the scope of tolerances.
  • the bead-shaped profile provided on the inside and the profile running on the outside are dimensioned in such a way that the thickness in the area of the profile does not fall below the final thickness of the finished shaft body.
  • an end section is also formed from the semi-finished product, which end section is produced before or after the shaping of the shaft body.
  • a part or the preform of the end section is first preformed or formed from the semi-finished product and finally formed either before or after the shaft body is formed.
  • a large part of the rotor shaft can be produced in one piece from a semi-finished product by means of flow-forming.
  • the second end section for completely closing the shaft body and thus completing the rotor shaft can be produced as a separate part and connected to the open end of the shaft body in a material, positive and/or non-positive manner.
  • Figure 1 is a plan view of a section of a conventional rotor shaft and FIG. 2 shows a perspective view of a section of a rotor shaft according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a conventionally manufactured rotor shaft (1).
  • the rotor shaft (1) is designed as a hollow shaft body (2) and has a profiling (3) in the longitudinal extension of the shaft body (2), here in the form of two grooves (3) for the form-fitting reception and connection of a rotor laminated core (not shown).
  • the reduction in the thickness of the shaft body (2) in the area of the profile (3) is clearly visible.
  • the thickness (dl) of the shaft body (2) is reduced to the thickness (d2) in this area by the profiling (3).
  • the shaft body (2) would be sufficiently dimensioned with the thickness (d2), but the introduction of the profiling (3) in the form of the grooves causes the difference between (dl) and (d2) to be added and ultimately moved as an unnecessary additional weight in the final application .
  • Figure 2 shows an embodiment of a rotor shaft (1) according to the invention, which, compared to the conventional design in Figure 1, in addition to a smaller and essentially uniform thickness (d2) of the shaft body (2), also in the area of the at least one profiling (3) at least one internal and has a bead-shaped profile (4) running parallel to the profile (3).
  • the bead-shaped profile (4) provided on the inside and the profile (3) running on the outside are dimensioned such that the thickness in the area of the profiles (3, 4) is not less than the final thickness (d2) of the finished shaft body (2).
  • the rotor shaft (1) according to the invention can largely be produced by means of flow-forming, with the shaft body (2) and an end section (5) of the rotor shaft (1) being produced in one piece from a semi-finished product.
  • the rotor shaft (1) is completed by a separate part, which forms the second end section and is connected to the open end of the shaft body (2) in a material, positive and/or non-positive manner, not shown here.
  • the end sections (5) also have pin sections (not shown) for rotatable mounting.
  • Rotor shafts (1) according to the invention are used in electric drives, in particular in electric motors of road-bound vehicles.
  • the profiling (3) running on the outside of the shaft body (2) in the longitudinal extension of the shaft body (3) can be designed as a recess and/or groove. Other geometric shapes are also conceivable, which are suitable for receiving a rotor lamination stack in a form-fitting manner.
  • several profiles (2) distributed over the circumference see FIG.
  • the bead-shaped profile (4) is always arranged in the area and parallel to the profile (3) running on the outside.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotorwelle (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle (1).

Description

Gewichtsoptimierte Rotorwelle und Verfahren zu seiner Herstellung
Technisches Gebiet (Technical Field)
Die Erfindung betrifft eine Rotorwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle.
Technischer Hintergrund (Background Art)
Rotorwellen sind Komponenten u.a. in Elektromotoren, insbesondere in Elektromotoren für straßengebundene Elektro- oder Hybrid-Fahrzeuge, und haben die Aufgabe, das Drehmoment des Elektromotors zu übertragen. Auf der Rotorwelle wird ein sogenanntes Rotorblechpaket angebunden respektive fixiert. Das Gesamtgewicht einer solchen Ausführung soll möglichst gering sein, um die Reichweite des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs zu erhöhen oder den Stromverbrauch zu reduzieren. Rotorblechpakete können entweder kraftschlüssig, zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 106 614 Al offenbart, oder formschlüssig, zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 215 979 Al beschrieben, oder aus einer Kombination hieraus auf der Rotorwelle angebunden respektive fixiert werden.
Das kraftschlüssige Anbinden hat den Nachteil, dass es in den Blechlamellen des Rotorblechpakets hohe Spannungen verursacht, die höhere elektromechanische Verluste im Vergleich zur rein formschlüssigen Anbindung oder der Kombination aus Formschluss und Kraftschluss aufweisen. Für das formschlüssige Anbinden werden auf der Außenfläche der Rotorwelle Geometrien vorgesehen, die sich in den einzelnen Blechen des Rotorblechpakets als Negativform wiederfinden, um hier den Formschluss zu erzeugen. Diese Geometrien werden subtraktiv in die Außenfläche der Rotorwelle eingebracht, dies bedeutet, dass der Querschnitt der Rotorwelle geschwächt wird. Deshalb muss die Rotorwelle konstruktiv so ausgelegt werden, dass diese lokale Dickenreduktion kompensiert wird. Darüber hinaus wird während des in der Regel spanlosen Einbringens dieser Geometrien Kraft in radialer Richtung in die Rotorwelle gebracht, so dass hier die Wanddicke so groß gewählt werden muss, dass sich ein Rohr, welches als Rohling zur Herstellung der Rotorwelle bereitgestellt wird, weder plastisch noch elastisch verformt. Dies führt zu einer an vielen Stellen überdimensionierten Rotorwelle mit einem entsprechend höheren Gewicht. Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine Rotorwelle und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, mit welchem ein zu hohes Gewicht im Wesentlichen reduziert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Rotorwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
Die Erfinder haben festgestellt, dass an einer Rotorwelle, welche einen hohlen Wellenkörper mit mindestens einer außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufenden Profilierung zur formschlüssigen Aufnahme respektive Anbindung eines Rotorblechpakets aufweist, durch zusätzliches Vorsehen mindestens einer wulstförmigen Profilierung innen am Wellenkörper, welche in Längserstreckung des Wellenkörpers parallel zur außen am Wellenkörper verlaufenden Profilierung verläuft, eine im Wesentlichen gleichbleibende Dicke des Wellenkörpers erhalten werden kann, so dass die Dicke des Wellenkörpers auf ein notwendiges Mindestmaß, welche den Belastungen im finalen Einsatz stand hält, reduziert werden kann, um zusätzliche Masse und dadurch Gewicht einzusparen, so dass eine gewichtsoptimierte Rotorwelle bereitgestellt werden kann. Durch das Vorsehen der mindestens einen wulstförmigen Profilierung innen am Wellenkörper im Bereich und auf der abgewandten Seite der außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufenden Profilierung erfährt der Wellenkörper im Bereich der außen verlaufenden Profilierung und somit im Bereich der formschlüssigen Anbindung Rotorblechpakete auch keine Materialschwächung, so dass eine gewichtsoptimierte Auslegung der Rotorwelle erst möglich ist. Der Wellenkörper ist drückgewalzt.
Die außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufende Profilierung kann als Ausnehmung und/oder Nut ausgeführt sein. Auch andere Geometrieformen sind vorstellbar, die sich zum formschlüssigen Aufnehmen eines Rotorblechpakets eignen. Des Weiteren kann sich die außen verlaufende Profilierung auf einen (Teil-)Abschnitt beschränken oder durchgehend am Wellenkörper erstrecken. Auch können mehrere über den Umfang verteilte verlaufende Profilierungen in Längserstreckung jeweils in (Teil-)Abschnitten oder durchgehend vorliegen. Die mindestens eine wulstförmige Profilierung ist somit (immer) in dem Bereich und parallel zu der außen verlaufenden Profilierung angeordnet. Durch die mindestens eine wulstförmige Profilierung entsteht im Inneren des hohlen Wellenkörpers im Schnitt lokal bzw. abschnittweise über den inneren Umfang betrachtet eine Querschnittseinengung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. Ein oder mehrere Merkmale aus den Ansprüchen, der Beschreibung wie auch der Zeichnung können mit einem oder mehreren anderen Merkmalen daraus zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung verknüpft werden. Es können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere andere Merkmale verknüpft werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotorwelle weist die Rotorwelle mindestens einen am einen Ende des Wellenkörpers angeordneten Endabschnitt auf, welcher das eine Ende des Wellenkörpers abschließt. Damit ist der hohle Wellenkörper zumindest einseitig bzw. an einem seiner Enden durch den Endabschnitt geschlossen. Bevorzugt weist die Rotorwelle an beiden Enden des Wellenkörpers angeordnete Endabschnitte auf, welche die Enden des Wellenkörpers abschließen. Besonders bevorzugt weist der Endabschnitt einen Zapfenabschnitt o- der weisen die beiden Endabschnitte jeweils einen Zapfenabschnitt auf, welcher derart ausgeführt ist, dass dieser bzw. diese drehbar in entsprechenden Lagern in der elektrischen Komponente aufnehmbar sind.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rotorwelle sind der Wellenkörper und optional ein Endabschnitt der Rotorwelle drückgewalzt. Mittels Drückwalzen kann zumindest der Großteil der Rotorwelle aus einem Halbzeug mittels Drückwalzen hergestellt werden, so dass bevorzugt ein Endabschnitt und der hohle Wellenkörper der Rotorwelle aus einem Material mittels Drückwalzen einstückig und somit gewichtsoptimiert hergestellt respektive geformt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle aufweisend einen hohlen Wellenkörper mit mindestens einer außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufenden Profilierung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen eines metallischen Halbzeugs;
Formen eines hohlen Wellenkörpers aus dem Halbzeug;
Erzeugen mindestens einer außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufenden Profilierung während des Formens oder nach dem Formen. Erfindungsgemäß wird das Formen mittels Drückwalzen in einem oder mehreren Drückwalzschritten durchgeführt, wobei im Drückwalzschritt oder in einem der Drückwalzschritte in Längserstreckung des Wellenkörpers innen am Wellenkörper mindestens eine wulstförmige Profilierung erzeugt wird.
Unter Drückwalzen wird ein Verfahren zur spanlosen Formgebung rotationssymmetrischer Hohlkörper verstanden. Dabei wird ein Halbzeug, beispielsweise eine Ronde oder ein Hohlprofil, auf ein Drückfutter gespannt und/oder fixiert und in Rotation versetzt. Mindestens eine Andrück- scheibe/Walze oder ein anderes entsprechend geeignetes Mittel wird gegen das rotierende Halbzeug bewegt, so dass eine Umformung partiell durch Druckspannungen erfolgt, die durch das radial geführte Drückwalzen ins Material des Halbzeugs eingebracht werden. Das Material fließt und nimmt in einem axialen Bearbeitungsgang von einem zum anderen Ende des Halbzeugs die Kontur des innenliegenden Drückfutters an. Ist das Drückfutter kreisrund, erhält der drückgewalzte Wellenkörper eine kreisrunde zylindrische Innengeometrie. Vorzugsweise ist die Gestalt des Drückfutters derart ausgeführt, dass sich innere Geometrien am drückgewalzten Wellenkörper innen umsetzen lassen. Beim Drückwalzen verformt die mindestens eine Andrück- scheibe/Walze durch die unmittelbare Druckeinwirkung den Werkstoff des Halbzeugs plastisch, wobei eine definierte axiale Bewegung der mindestens einen Andrückscheibe/Walze dazu führen kann, dass die Ausgangswanddicke des Halbzeugs auf eine einstellbare (Endwand-)Dicke reduziert wird. Bei Bedarf kann die Innenkontur des drückgewalzten Halbzeugs/Wellenkörpers direkt vom Drückfutter abgeformt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch über die axiale Ausrichtung des Wellenkörpers individuelle Dicken eingestellt werden. Das Drückwalzen entspricht dem Stand der Technik.
Erfindungsgemäß ist beispielsweise eine Negativform im Drückfutter oder Kern berücksichtigt, welche zu einer in Längserstreckung im zu erzeugenden Wellenkörper eine wulstförmige Profilierung innen am Wellenkörper berücksichtigt.
Als metallisches Halbzeug dienen insbesondere warm- oder kaltgewalzte Blechwerkstücke, vorzugsweise aus einem eisenbasierten Werkstoff, bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff, vorkonfektioniert in Form einer Ronde oder als Hohlprofil. Die Dicke des Halbzeugs kann zwischen 2,0 und 25 mm betragen. Die Dicke beträgt insbesondere mindestens 2,5 mm, vorzugsweise mindestens 3,5 mm und ist insbesondere auf maximal 22 mm, vorzugsweise maximal 20 mm begrenzt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Rotorwelle verwiesen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mindestens eine außen am Wellenkörper in Längserstreckung des Wellenkörpers verlaufende Profilierung im Bereich und parallel auf der der wulstförmigen Profilierung abgewandten Seite erzeugt. Um zu gewährleisten, dass keine Schwächung des Materials vorliegt, wird im Zuge des Drückwalzens in dem Drückwalzschritt oder in einem der Drückwalzschritte die mindestens eine wulstförmige Profilierung innen am Wellenkörper eingestellt, so dass anschließend die mindestens eine außen am Wellenkörper verlaufende Profilierung erzeugt wird. Die außen verlaufende Profilierung wird bevorzugt spanend erzeugt, da im Rahmen von Toleranzen die Profilierung zur formschlüssigen Aufnahme und Anbindung der Rotorblechpakete gezielt einstell- und einbringbar ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die innen vorgesehene wulstförmige Profilierung und die außen verlaufende Profilierung derart bemessen, dass die Dicke im Bereich der Profilierungen nicht die finale Dicke des fertigen Wellenkörpers unterschreitet. Dies hat den Vorteil, dass keine Materialschwächung im Bereich der Profilierungen vorliegt und dennoch eine gewichtsoptimierte Rotorwelle bereitgestellt werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Halbzeug neben dem Wellenkörper zusätzlich auch ein Endabschnitt geformt, welcher vor oder nach dem Formen des Wellenkörpers erzeugt wird. Vorzugsweise wird zunächst ein Teil respektive die Vorform des Endabschnitts aus dem Halbzeug vorgeformt bzw. angeformt und entweder vor oder nach dem Formen des Wellenkörpers endgeformt. So kann aus einem Halbzeug ein Großteil der Rotorwelle einstückig mittels Drückwalzen hergestellt werden. Der zweite Endabschnitt zum vollständigen Schließen des Wellenkörpers und somit komplettieren der Rotorwelle kann als separates Teil hergestellt werden und mit dem offenen Ende des Wellenkörpers Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf einen Schnitt einer konventionellen Rotorwelle und Figur 2 eine perspektivische Ansicht auf einen Schnitt einer Rotorwelle gemäß einer erfindungsgemäße Ausführungsform.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer konventionell hergestellten Rotorwelle (1). Die Rotorwelle (1) ist als hohler Wellenkörper (2) ausgeführt und weist eine in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) Profilierung (3) auf, hier in Form von zwei eingebrachten Nuten (3) zur formschlüssigen Aufnahme und Anbindung eines nicht dargestellten Rotorblechpakets. Gut zu erkennen, ist die Reduzierung der Dicke des Wellenkörpers (2) im Bereich der Profilierung (3). Die Dicke (dl) des Wellenkörpers (2) ist durch die Profilierung (3) in diesem Bereich auf die Dicke (d2) reduziert. Der Wellenkörper (2) wäre mit der Dicke (d2) zwar ausreichend dimensioniert, jedoch wird durch das Einbringen der Profilierung (3) in Form der Nuten die Differenz von (dl) und (d2) aufgeschlagen und letztendlich im finalen Einsatz als unnötiges Zusatzgewicht mitbewegt.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Rotorwelle (1), welche im Vergleich zur konventionellen Ausgestaltung in Figur 1 neben einer geringeren und im Wesentlichen einheitlicher Dicke (d2) des Wellenkörpers (2) zusätzlich im Bereich der mindestens einen Profilierung (3) mindestens eine innen und parallel zur Profilierung (3) verlaufende wulstförmige Profilierung (4) aufweist. Die innen vorgesehene wulstförmige Profilierung (4) und die außen verlaufende Profilierung (3) sind derart bemessen, dass die Dicke im Bereich der Profilierungen (3, 4) nicht die finale Dicke (d2) des fertigen Wellenkörpers (2) unterschreitet. Die erfindungsgemäße Rotorwelle (1) ist zum Großteil, wobei der Wellenkörper (2) und ein Endabschnitt (5) der Rotorwelle (1) einstückig aus einem Halbzeug hergestellt sind, mittels Drückwalzen herstellbar. Komplettiert wird die Rotorwelle (1) durch ein separates Teil, welches den zweiten Endabschnitt bildet und mit dem offenen Ende des Wellenkörpers (2) Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, hier nicht dargestellt. Die Endabschnitte (5) weisen auch nicht dargestellte Zapfenabschnitte zur drehbaren Lagerung auf.
Die beschriebenen Merkmale sind alle, soweit technisch möglich, miteinander kombinierbar. Erfindungsgemäße Rotorwellen (1) werden in elektrischen Antrieben, insbesondere in Elektromotoren von straßengebundenen Fahrzeugen eingesetzt. Die außen am Wellenkörper (2) in Längserstreckung des Wellenkörpers (3) verlaufende Profilierung (3) kann als Ausnehmung und/oder Nut ausgeführt sein. Auch andere Geometrieformen sind vorstellbar, die sich zum formschlüssigen Aufnehmen eines Rotorblechpakets eignen. Des Weiteren kann sich die außen verlaufende Profilierung (3) auf einen (Teil-)Abschnitt beschränken oder durchgehend am Wellenkörper (2) erstrecken. Auch können mehrere über den Umfang verteilte verlaufende Profilierungen (2), s. Figur 2, in Längserstreckung jeweils in (Teil-)Abschnitten oder durchgehend vorliegen. Die wulstförmige Profilierung (4) ist immer in dem Bereich und parallel zu der außen verlaufenden Profilierung (3) angeordnet.

Claims

8 Patentansprüche
1. Rotorwelle (1) aufweisend einen hohlen Wellenkörper (2) mit mindestens einer außen am Wellenkörper (2) in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) verlaufenden Profilierung (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenkörper (2) drückgewalzt ist und innen am Wellenkörper (2) mindestens eine wulstförmige Profilierung (4) vorgesehen ist, welche in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) parallel zur außen am Wellenkörper (2) verlaufenden Profilierung (3) verläuft.
2. Rotorwelle nach Anspruch 1, wobei die Rotorwelle (1) mindestens einen am einen Ende des Wellenkörpers (2) angeordneten Endabschnitt (5) aufweist, welcher das eine Ende des Wellenkörpers (2) abschließt.
3. Rotorwelle nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Rotorwelle (1) an beiden Enden des Wellenkörpers (2) angeordnete Endabschnitte (5) aufweist, welche die Enden des Wellenkörpers (2) abschließen.
4. Rotorwelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Endabschnitt (5) einen Zapfenabschnitt aufweist.
5. Rotorwelle nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Wellenkörper (2) und ein Endabschnitt (5) der Rotorwelle (1) drückgewalzt sind.
6. Verfahren zur Herstellung einer Rotorwelle (1) aufweisend einen hohlen Wellenkörper (2) mit mindestens einer außen am Wellenkörper (2) in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) verlaufenden Profilierung (3), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines metallischen Halbzeugs;
- Formen eines hohlen Wellenkörpers (2) aus dem Halbzeug;
- Erzeugen mindestens einer außen am Wellenkörper (2) in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) verlaufenden Profilierung (3) während des Formens oder nach dem Formen; dadurch gekennzeichnet, dass das Formen mittels Drückwalzen in einem oder mehreren Drückwalzschritten durchgeführt wird, wobei im Drückwalzschritt oder in einem der 9
Drückwalzschritte in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) innen am Wellenkörper (2) mindestens eine wulstförmige Profilierung (4) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine außen am Wellenkörper (2) in Längserstreckung des Wellenkörpers (2) verlaufende Profilierung (3) im Bereich und parallel auf der der wulstförmigen Profilierung (4) abgewandten Seite erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die mindestens eine außen verlaufende Profilierung (3) spanend erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die innen vorgesehene wulstförmige Profilierung (4) und die außen verlaufende Profilierung (3) derart bemessen werden, dass die Dicke im Bereich der Profilierungen (3, 4) nicht die finale Dicke (d2) des fertigen Wellenkörpers (2) unterschreitet. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei aus dem Halbzeug auch ein Endabschnitt (5) geformt wird, welcher vor oder nach dem Formen des Wellenkörpers (2) erzeugt wird.
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