WO2018036956A1 - Gebaute rotorwelle asymmetrischer bauweise sowie rotor und verfahren zur herstellung der gebauten rotorwelle und des rotors - Google Patents

Gebaute rotorwelle asymmetrischer bauweise sowie rotor und verfahren zur herstellung der gebauten rotorwelle und des rotors Download PDF

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WO2018036956A1
WO2018036956A1 PCT/EP2017/071018 EP2017071018W WO2018036956A1 WO 2018036956 A1 WO2018036956 A1 WO 2018036956A1 EP 2017071018 W EP2017071018 W EP 2017071018W WO 2018036956 A1 WO2018036956 A1 WO 2018036956A1
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WO
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rotor shaft
pipe section
rotor
laminated core
flange
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PCT/EP2017/071018
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French (fr)
Inventor
Roman Weinmeister
Martial DANTHOIS
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a built rotor shaft of asymmetric design and a rotor having the built rotor shaft. Furthermore, the invention relates to a method for producing a built rotor shaft and a built rotor having the built rotor shaft asymmetric design.
  • DE 10 2011 012 429 A1 describes a three-part rotor shaft having two side covers and a base body arranged between these side covers, the side cover and the base body being connected to one another by a press fit.
  • the main body is designed as a hollow body, wherein the laminated cores are mounted around the wood cylinder.
  • the laminated cores are fixed by oversize connection to the body, so it is necessary that the body must have a defined rigidity, so as not to deform when arranging the laminated cores and at the same time a sufficient adhesion for the operation of the electric machine between the laminated cores and the built To enable rotor shaft.
  • Solid, in particular a defined stiffness having materials known manner also have a high weight and / or a high price.
  • the object of the present invention is to provide a built rotor shaft, a rotor and a method for manufacturing the built rotor shaft and for producing a rotor, which in a simple inexpensive manner, a manufacture of a built rotor shaft or a rotor having a built rotor shaft allow, wherein at least the built rotor shaft and consequently the rotor are reduced in weight and at the same time a permanently reliable torque transfer between the laminated core of the rotor and the rotor shaft is made possible.
  • the above object is achieved by a built rotor shaft of asymmetric construction with the features of claim 1 and by a rotor having the built rotor shaft having the features of claim 8. Further, the above object is achieved by a method for producing a built rotor shaft having the features according to Claim 11 and a method for producing a rotor having the features according to claim 12. Further features and details of the invention will become apparent from the subclaims, the description and the drawings.
  • the rotor shaft according to the invention can be produced with the method according to the invention for producing a built rotor shaft or the rotor according to the invention with the method for producing a rotor.
  • the inventive rotor shaft asymmetric construction includes only two rotor shaft components.
  • the first rotor shaft component is a shaft segment, comprising a pipe section and a flange section, while the second rotor shaft component is a flange element.
  • the pipe section of the first rotor shaft component, in particular of the shaft segment has a tube outer surface with a profiling.
  • the asymmetric construction of the built rotor shaft a construction in which no mirror plane for mirroring the built rotor shaft relative to the axis of rotation, in particular orthogonal to the axis of rotation is present.
  • the built rotor shaft in particular the first rotor shaft component is designed geometrically different from the second rotor shaft component.
  • the first rotor shaft component is a shaft segment having a pipe section and a flange section
  • the second rotor shaft component according to the invention comprises only one flange element, which is connectable to the pipe section of the shaft segment to the built rotor shaft.
  • the design of this two-part built rotor shaft allows the use of different materials which are suitable for the individual functionalities of the first rotor shaft component and the second rotor shaft component to ensure on the one hand and on the other hand to minimize the cost of manufacturing the built rotor shaft.
  • the first rotor shaft component in particular the shaft segment, has a material which is less strong and thus less expensive in its manufacture than the second rotor shaft component.
  • the shaft segment or the first rotor shaft component serves to arrange a laminated core on the pipe section.
  • the laminated core is not, as known from the cited prior art, pressed onto the pipe section, viewed at least in the circumferential direction of the Rohhabiteses, positively connected to the pipe section of the shaft segment is connected to a sufficient torque transmission to ensure between the laminated core and the shaft segment of the built rotor shaft.
  • the second rotor shaft component in particular the flange elements, to consist of a material that is stronger than the shaft segment.
  • a thread in particular an internal thread can be cut to allow, for example, a connection to a driven component, such as a shaft or axis.
  • a toothing in particular a spline or splines is formed, via which the torque is transmitted to a component to be driven.
  • the lightweight construction potential of a built rotor shaft is sufficiently exhausted with the asymmetrical design of the two-piece rotor shaft.
  • a reduction of the pipe diameter, which, for example, has a negative effect on the transmission capacity of the torque between the laminated core and the shaft segment, is advantageously avoided by means of the rotor shaft constructed according to the invention. Furthermore, in the case of the rotor shaft constructed according to the invention, it is advantageous to use only a single joint or connection between the individual rotor shaft components.
  • the profiling is at least one material recess or material flat extending at least in sections in the longitudinal direction of the first rotor shaft component.
  • the profiling extends completely along the pipe outer surface of the pipe section in the longitudinal direction of the first rotor shaft component, in particular of the shaft segment.
  • the profiling serves to structuring a laminated core disc, as explained in more detail below, interact to allow a positive connection between at least one of the laminated core discs of a laminated core and the rotor shaft.
  • a longitudinal direction the axial direction along the axis of rotation of the built rotor shaft or the rotor.
  • the profiling consists of a plurality of circumferentially distributed material recess or material flattening.
  • the plurality of material recesses or material flattening unevenly distributed to each other in the circumferential direction of the pipe section is formed on the pipe outer surface.
  • each of the plurality of material cut-outs or material flattenings extend at least in sections in the axial direction of the first rotor shaft component, in particular of the shaft segment, at a uniform spacing from one another.
  • each of the plurality of material cutouts or material flattenings extend completely along the pipe outer surface of the rough section of the shaft segment or of the first rotor shaft component.
  • the at least one material recess or each of the plurality of material cutouts can be in the form of a depression, in particular in the form of a groove.
  • the profiling can be advantageously produced in a simple and cost-effective manner on the pipe outer surface of the pipe section of the wave segment.
  • the correspondingly formed profiling already introduced during the manufacturing step of generating the shaft segment in the pipe outer surface (with a material recess) or the tube outer surface in accordance with the Materialabflachung designed or shaped accordingly.
  • At least the flange portion or the flange element is designed as a medium-permeable or medium-impermeable flange.
  • a liquid or gaseous cooling medium for cooling the built rotor shaft advantageously also of the entire rotor, which has the built rotor shaft, is introduced into the built rotor shaft, in particular into the pipe section of the built rotor shaft.
  • the cooling medium is introduced through the medium-permeable flange portion or the medium-permeable flange in the first rotor shaft component or shaft segment, in particular the pipe section of the shaft segment for cooling, while the medium-impermeable flange or the mediumun prepare be flange element exiting from the pipe section of the shaft segment prevented.
  • the cooling medium continues to be forwarded, starting from the pipe section, for example, to a torque-connected to the pipe section laminated core.
  • the pipe section has different openings for the passage of the cooling medium to the laminated core.
  • the medium-permeable flange section or the medium-permeable flange elements can have an inlet channel and an outlet channel, wherein the cooling medium is introduced via the inlet channel into the rough section of the wave segment and transported out of the tube section of the wave segment via the outlet channel.
  • a sleeve in the tube section advantageously starting from the medium-permeable flange section or the medium-permeable flange elements, at least in sections, extending into the tube section of the shaft segment, is formed.
  • the flowable cooling medium can be introduced, for example, through the inner cross section of the sleeve into the pipe section and the cooling medium charged with thermal energy can be transported out of the pipe section via a channel formed by the outer peripheral surface of the pipe and the bore of the flange element or the flange section.
  • the flange portion and the flange are each configured as medium-permeable components, so that introduced either by the flange or the flange element, the cooling medium in the pipe section of the shaft segment and consequently on the opposite side, namely by the flange element arranged there or there trained flange is transported out of the pipe section back out.
  • the first rotor shaft component prefferably has a collar which extends outward in the circumferential direction at a distal end of the tube section, which lies opposite a distal end on which the flange section is formed.
  • the collar serves as a positioning or as holding elements for positioning or holding a laminated core or a laminated core disc or a Druckschreibe at least in an axial direction.
  • the collar is formed integrally with the shaft segment or integrally with the pipe section of the shaft segment.
  • a rotor of an electric machine such as a synchronous machine or an asynchronous machine claimed, wherein the rotor has a built rotor shaft according to the preceding type and at least one arranged on the pipe section laminated core and at least one disposed on the pipe section print.
  • the laminated core contacted the collar of the pipe section of the shaft segment, wherein the print spine is arranged on the Rohhabten that the laminated core between the Druckschreibe and the collar of the pipe section of the shaft segment is arranged fixed against displacement in the axial direction.
  • the pressure letter and the collar of the tube section of the shaft segment axially press the laminated core or the laminated core discs of the laminated core.
  • both pressure disks are arranged on the pipe section, between which the laminated core, viewed in the axial direction, is clamped.
  • both pressure letters compress the laminated core or the individual laminated core disks of the laminated core in the axial direction. It is therefore furthermore conceivable that, in the case of an arrangement of two pressure disks arranged on the portion, at least one of the pressure disks bears against the collar or is supported on the collar in the axial direction.
  • the laminated core has a plurality of laminated core discs, each of the laminated core discs corresponding to a structuring of the rotor shaft structuring wherein the profiling of the rotor shaft and the structuring of the laminated core discs form a positive connection.
  • the structuring is advantageous to view as a geometric negative of the profiling. It is conceivable that the structuring is formed, for example, in the geometric shape of a projection, a material throw or a nose or in a comparable shape. It is also conceivable that the structuring in the form of a geometric flattening on the surface of the bore of the laminated core disks, in particular the disk inner surface is formed.
  • the laminated core discs have a central bore to guide the tube section therethrough, thus allowing an arrangement of the laminated core discs on the tube section.
  • the profiling as a material recess, in particular recess or groove, and in an embodiment of the structuring as a projection, it is possible that the structuring engages in the profiling. It is advantageously possible that due to the formation of the profiling of the rotor shaft and the structuring of the individual laminated core discs torque transmission between the laminated core or the laminated core discs of the laminated core and the built rotor shaft, in particular the shaft segment of the built rotor shaft without losses compared to a frictional connection between laminated core and wave is enabled.
  • a rolling is formed at least in a setting region of the at least one pressure disk such that at least one frictional connection between the pressure writing and the pipe portion is produced. It is also possible that by means of rolling a positive and positive connection is generated. It is conceivable that in the case of an arrangement of more than one print spool, in particular of two pressure disks, two roller burnings are also formed on the pipe section. Thus, it is possible that in addition to or alternatively to the formation of the collar of the built rotor shaft, a second curl is generated axially adjacent to the collar on the pipe section.
  • the present method it is advantageously possible to produce the first rotor shaft component during only a single production step.
  • the profiling is already design of the pipe section and the flange section generates it.
  • the collar is formed simultaneously during the forming of the first rotor shaft component during the forming process or the tensile compression forming process.
  • the collar is formed in a subsequent process step, in particular during a hot forming process or during a hot forming process step, in particular on the pipe section of the wave segment is formed.
  • the flange element which is provided as the second rotor shaft component to the method, to have a collar instead of the first rotor shaft component.
  • the flange element is produced, comparable to the first rotor shaft component, in particular to the shaft segment, by means of a forming process, in particular a tensile pressure forming process including or excluding the collar, before it is fed to the named method for producing a built rotor shaft.
  • the shaft segment in particular the pipe section has a at least partially extending in the axial direction and extending in the circumferential direction of the pipe section paragraph, which is formed at a distal end of the pipe section, which is opposite to the distal end, on which Collar is formed on the pipe section.
  • a curl is formed on the example, a hard copy at least non-positively, advantageously force and form-fitting can be arranged.
  • the formation of a shoulder on the pipe section is advantageous in that the curling can be generated before the arrangement of the first and the first and the second print and the laminated core on the pipe section of the shaft segment, at least some of the components on the already existing curling can be pushed away without creating a traction with this.
  • the printed copy which is intended to generate a frictional connection with the roller formed on the shoulder, has a bore diameter which is smaller compared to the bore diameter of, for example, a first pressure disk and / or a laminated core.
  • first rotor shaft component in particular of the shaft segment with the second rotor shaft component, in particular the flange element
  • flange element has an external thread which engages in the internal thread.
  • entire pipe section in particular the surface of the bore of the pipe section has an internal thread.
  • a material launch such as, for example, a rolling
  • a material take-up is produced, in particular on the inside of the pipe section
  • tion or rolling is also generated in particular on the outer diameter, to allow a secure adhesion between the first rotor shaft component and the second rotor shaft component.
  • the first rotor shaft component is connected to the second rotor shaft component by means of a material connection, in particular a welded connection.
  • the structuring at least partially engages in the profiling.
  • a first pressure disk is pushed onto the pipe section at least up to a first curl formed on the pipe outer surface of the pipe section or up to a collar formed on the pipe section.
  • the method for producing a rotor also comprises the steps of the method for producing a built rotor shaft, as mentioned above, to produce a built rotor shaft of the above type and the assembly method for producing a rotor available ,
  • FIG. 1a is a lateral view of an embodiment of a rotor according to the invention
  • FIG. 1b shows, in a lateral view, a representation of a section A - A of the embodiment of a rotor according to the invention shown in FIG. 1,
  • FIG. 1c is an exploded perspective view of the embodiment of a rotor according to the invention shown in FIGS. 1A and 1B;
  • FIG. 1 d shows a side view of a representation of a section of the exploded view of an embodiment of a rotor according to the invention shown in FIG. 1 c,
  • FIG. 2 shows a side sectional view of a further embodiment of a rotor according to the invention
  • FIG. 3a shows a perspective view of an embodiment of a first rotor shaft component, in particular a shaft segment of a built rotor shaft according to the invention
  • FIG. 3b shows in a side view the embodiment of a wave segment shown in FIG. 3a
  • FIG. 3c shows a side view of a section B - B of the embodiment of a shaft segment shown in FIG. 3b, FIG.
  • FIG. 4a shows a perspective view of an embodiment of a rotor shaft according to the invention
  • FIG. 4b shows a side view of the embodiment of a rotor shaft according to the invention shown in FIG. 4a
  • FIG. 4c shows in a lateral view a representation of a section C - C of the embodiment of a rotor shaft according to the invention shown in FIG. 4b
  • 4d shows a plan view of an embodiment of a rotor according to the invention, having an embodiment of a rotor shaft according to the invention according to FIGS. 4a to 4c,
  • FIG. 4c shows in a lateral view a representation of a section C - C of the embodiment of a rotor shaft according to the invention shown in FIG. 4b
  • 4d shows a plan view of an embodiment of a rotor according to the invention, having an embodiment of a rotor shaft according to the invention according to FIGS. 4a to 4c
  • FIG. 5a shows a perspective view of a further embodiment of a shaft segment of a rotor shaft according to the invention
  • FIG. 5c shows in a lateral view a representation of a section D - D of the embodiment of a shaft segment shown in FIG. 5b.
  • the rotor 1 has a rotor shaft 2, which comprises a first rotor shaft component 2.1 and a second rotor shaft component 2.2.
  • the first rotor shaft component 2.1 is a shaft segment 3 which has a pipe section 4 and a flange section 5.
  • the second rotor shaft component 2.2 is a flange element 10.
  • the shaft segment 3 advantageously has a cavity 7 within which, for example, a flowable cooling medium, in particular a gaseous or liquid cooling medium, can be introduced.
  • the shaft segment 3 also has a collar 6, which extends at a distal end of the pipe section 4 of the shaft segment 3 radially outwardly away.
  • the collar 6 is advantageously formed at the distal end of the shaft segment 3, in particular of the pipe section 4, which lies opposite the distal end, on which the flange section 5 of the shaft segment 3 is formed.
  • the flange portion 5 and the pipe section 4 of the shaft segment 3 are integrally formed or form a one-piece shaft segment 3 and are advantageously made in a process step of a tube.
  • the flange element 10, which is the second rotor shaft component 2.2 of the rotor shaft 2 advantageously has a bore 11.
  • the bore 11 advantageously extends in the axial direction along the axis of rotation 60 and is advantageously formed in the form of a through hole.
  • the bore 11 serves to admit and / or to discharge a flowable cooling medium.
  • the flange portion 5 of the shaft segment 3 and consequently of the first rotor shaft component 2.1 has a bore 8 which extends at least in sections along the axis of rotation 60 in the axial direction.
  • a closure element 9 for example in the form of a plug, closes the bore 8 of the flange section 5 in such a way that, for example, an opening inserted into the cavity 7 of the tube section 4 Tes cooling medium can not flow out of the pipe section 4 through the flange portion 5.
  • such a closure element 9 is not arranged or formed in the bore 8 of the flange portion 5 of the shaft segment 3, so that the flange portion 5 is a medium-transmitting element.
  • a flowable cooling medium is conveyed at least into the cavity 7 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 and / or is moved out of it opposite to the direction of flow.
  • the flange 10 and the flange 5 are each medium-permeable elements, so that the cooling medium is introduced, for example by one of the elements in the cavity 7 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 and out of this cavity 7 again through the other medium-transmitting element becomes .
  • the flange element 10 prefferably has a joining section 10.1, which in particular advantageously comes into contact with a section of the shaft segment 3 to a distal end of the pipe section 4 for connecting the shaft segment 3 to the flange element 10.
  • an external thread not shown here, is formed on the section 10.1, in particular on its outer surface, which engages, for example, in an internal thread (not shown here) formed on the inner surface of the pipe section 4.
  • the rotor 1 in addition to the rotor shaft 2, the rotor 1 according to the figures la to ld a laminated core 20 having a plurality of not shown here in detail laminated core disks.
  • the laminated core 20, in particular the individual not shown here laminated core discs of the laminated core 20 have a bore 20. 1, which serves to receive the rotor shaft 2, in particular the pipe section 4 of the shaft segment 3 such that the laminated core 20 is disposed on the rotor shaft 2.
  • the rotor shaft 2, in particular the pipe section 4 of the shaft segment 3 and consequently the first rotor shaft component 2.1. has a profiling 40.
  • the profiling 40 is advantageously formed at least on the pipe section 4 of the shaft segment 3, wherein it is also conceivable that the profiling 40 at least partially includes the collar 6 and / or the flange portion 5 of the shaft segment 3.
  • the profiling 40 is advantageously formed on the pipe outer surface 4.1 of the pipe section 4.
  • the profiling 40 as at least one extending in the axial direction along the axis of rotation 60 Materialabflachung, particularly advantageously formed as a material recess.
  • material flattening is understood in particular to mean a section on the pipe section 4 of the shaft segment 3, which has a different geometry with regard to the outer circumference.
  • the region of the material flattening has a smaller radius than the remaining wall regions of the pipe section 4 of the wave segment 3. This means that in the area of the material flattening the pipe section 4, in particular, the tube outer surface 4.1 does not have a circular shape, but rather a circumferentially extending straight shape.
  • the rotor 1 according to the invention it is furthermore possible for the rotor 1 according to the invention to have a pressure disk 30 according to FIGS. 1 a to 1 c.
  • This print 30 is pushed according to the laminated core 20 on the pipe section 4 of the shaft segment 3 and is advantageously used to compress the individual laminated core discs of the laminated core 20 in the axial direction with each other.
  • As a stop element on one of the print writing 30 opposite side is advantageously the collar 6, which is formed on the pipe section 4 of the shaft segment 3. Accordingly, only one print 30 is required during assembly of the rotor 1 shown here.
  • the laminated core 20 In order to advantageously produce a positive connection between the rotor shaft 2 and the laminated core 20, by which a torque transmission between the laminated core 20 and the rotor shaft 2 is made possible, the laminated core 20 , In particular, the individual laminated core discs on a structuring 50.
  • the structuring 50 is advantageously formed on the surface of the bore or passage opening 20. 1 and interacts with the profiling 40 formed on the pipe section 4 or on the pipe outer surface 4.1 when the laminated core 20 or the individual laminated core disks are pushed onto the pipe section 4 of the shaft segment 3.
  • the structuring 50 is also embodied in the geometric shape of a material flat, which consequently advantageously forms the geometric negative for the profiling 40.
  • the profiling 40 when the profiling 40 is formed as a material recess in particular recess or groove, that the structuring 50 is formed in a geometric shape of a projection, in particular a nose, which engages in the groove of the pipe section 4.
  • the geometric configuration of the profiling 40 and consequently of the structuring 50 should not be limited by an embodiment shown here. It is advantageously conceivable that any geometric designs for forming the profiling 40 and the structuring 50 can be used, which serve to ensure that a sufficient form fit between the laminated core 20 and the individual laminated core discs of the laminated core 20 and the rotor shaft 2, so Advantageously, a non-reducing torque transmission between the laminated core 20 and the rotor shaft 2 takes place.
  • a not shown here rolling is applied to the pipe section 4.
  • the rolling not shown here is advantageously formed on a distal end of the pipe section 4 on the pipe outer surface 4.1, which is opposite to the distal end of the pipe section 4, on which the collar 6 is formed.
  • a frictional connection between the print 30 and the rolling is advantageously a frictional connection between the print 30 and the rolling instead, so that the print 30 is rotationally connected to the pipe section 4 of the shaft segment 3 and consequently the rotor shaft 2.
  • the pipe section 4 of the shaft segment 3 has a shoulder 4.2.
  • the paragraph 4.2 is advantageously formed at a distal end of the pipe section 4, which the dis- talen end of the pipe section 4 opposite, on which the collar 6 is formed.
  • the paragraph 4.2 of the pipe section 4 advantageously has a smaller outer circumference, as the remaining part of the pipe section 4 and is thus offset radially inwardly.
  • the paragraph 4.2 extends at least partially in the axial direction. It is conceivable that a rolling in the range of paragraph 4.2 on the pipe outer surface 4.1 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 is formed.
  • the pressure plate 30 advantageously has a smaller-sized through-bore 30. 1 than the laminated core 20 or the individual laminated core disks of the laminated core 20, so that a frictional connection between the pressure writing 30 and the rolling produced on the shoulder 4.2 is made possible.
  • the diameter of the through hole 30.1 of the print 30 is smaller than the outer diameter of the trained on the paragraph 4.2 rolling. Accordingly, the bore 20.1 of the laminated core 20 and the individual laminated core discs of the laminated core 20 is formed larger than the outer diameter of the trained on the shoulder 4.2 curling.
  • lc and ld also an embodiment of a method for producing a built rotor shaft 2 and a rotor 1 is also illustrated.
  • a collar 6 is formed on the pipe section 4.
  • the shaft segment 3 is positively connected to the second rotor shaft component 2.2, in particular the flange element 10, positively and / or materially connected.
  • a laminated core 20 is advantageously pushed onto the built rotor shaft 2.
  • the pushing on is advantageously effected via the side or the distal end of the shaft segment on which the flange section 5 is formed.
  • the laminated core 20 has a plurality of laminated core disks, not shown here, comprising a structuring 50.
  • the laminated core 20 is pushed onto the built rotor shaft 2 in such a way that the structuring 50 engages with the profiling 20.
  • a thrust washer 30 is pushed onto the pipe section 4, which advantageously connects positively with a rolling applied to the pipe section 4 (not shown here) in the setting region of the pressure plate 30. This rolling can be generated for this purpose before or after the application of the laminated core 20 and / or before arranging the pressure plate 30.
  • FIG. 2 shows a side sectional view of a further embodiment of a rotor 1 according to the invention.
  • the rotor shown in FIG. 2 essentially corresponds to the embodiment of a rotor 1 according to the invention shown in FIGS. 1 a to 1 d, and differs in particular by an arrangement of a first printed copy 30 and a second printed copy 31 and by a thread 12 introduced into the flange element 10
  • the thread 12 is advantageously designed in the form of an internal thread and extends at least in sections along the bore 11 formed in the flange element 10 2, a stop 13, which advantageously serves to connect the flange element 10 to the shaft segment 3, to allow a defined arrangement of the flange element 10 with respect to the shaft segment 3 with respect to the positioning resulting in the axial direction.
  • the stopper 13 serves to allow the flange element 10 to be introduced into the cavity 7 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 up to a defined depth.
  • the collar 6 advantageously contacts the stop 13 of the flange element 10.
  • the flange element 10 has a seat 14, in particular a wave segment seat, which, viewed at least in sections in the axial direction, enters the cavity 7 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 extends into it. In this case, the outer surface of the seat 14 contacts the inner surface of the pipe section 4.
  • an external thread (not shown here) is produced which can be brought into engagement with an internal thread (not shown here) of the pipe section 4
  • the internal thread of the pipe section 4 advantageously extends on the inner surface of the pipe section 4 at least in the region which is later in contact with the seat 14 of the flange element 10 during assembly of a built rotor shaft.
  • an internal thread is generated along the entire inner surface of the pipe section 4, an internal thread is generated.
  • the thread 12, in particular the internal thread of the flange 10, which is at least partially formed in the bore 11, advantageously serves the rotor shaft 2, and consequently to connect the rotor 1 with a component to be driven, such as a shaft.
  • a component to be driven such as a shaft.
  • two pressure plates 30, 31, as shown in Figure 2 it is advantageously conceivable that one of the pressure plates 30 at a distal end, on which, for example, a collar 6 is formed on the pipe section 4, while a another of the print 31 is disposed at another distal end of the pipe section 4, which is opposite to the distal end on which, for example, the collar 6 is formed.
  • Both thrust washers 30 and 31 clamp the laminated core 20 and in particular the individual laminated core letters of the laminated core 20 axially between them, and are advantageously used for the axial compression of the individual slices of the laminated cores 20 with each other.
  • rolling in the setting areas of the first print 30 and the second print 31 are formed on the pipe outer surface 4.1 of the pipe section 4 of the shaft segment 3.
  • Such curls are advantageously also formed when a collar 6 is formed on the pipe section 4.
  • a rolling on the pipe outer surface 4.1 of the pipe section 4 of the shaft segment 3 is formed.
  • FIGS. 3a to 3c an embodiment of a shaft segment 3 and consequently of a first rotor shaft component 2.1 is shown in different representations.
  • the shaft segment 3 shown in FIGS. 3 a to 3 c is advantageously used to produce a built rotor shaft according to the invention.
  • the shaft segment 3 has a pipe section 4 and a flange section 5.
  • the pipe section 4 and the flange section 5 are produced in one piece in a manufacturing process.
  • the shaft segment 3 has a collar 6 which extends radially outward at a distal end of the tube section 4, which is opposite to the distal end on which the flange section 5 is formed.
  • the pipe section 4, the flange section 5 as well as the collar 6 during a manufacturing step, in particular a forming step, particularly advantageously formed during a Switzerland réelleumformens. It is also conceivable that after forming a tube to a shaft segment 3 having at least one pipe section 4 and a flange portion 5, the collar 6 is subsequently produced by means of a further forming process. As shown in FIGS. 3 a to 3 c, the shaft segment 3 advantageously has a profiling 40.
  • the profiling 40 shown here is particularly advantageously designed in the form of a plurality of material flattenings formed in the circumferential direction or also a material recess or depressions.
  • These material flattenings advantageously extend at least in sections in the axial direction along the axis of rotation 60 the Materialabflachonne 41, 42, 42, 44 along the pipe outer surface 4.1 of the entire pipe section 4 of the shaft segment 3.
  • the Materialabflachonne 41, 42, 43, 44 arranged in the circumferential direction uniformly spaced from each other.
  • FIGS. 4a to 4c show an embodiment of a rotor shaft 2 according to the invention.
  • the embodiment of a rotor shaft 2 according to the invention shown in FIGS. 4 a to 4 c has the embodiment of a shaft segment 3 according to the invention shown in FIGS. 3 a to 3 c.
  • the rotor shaft 2 shown in FIGS. 4 a to 4 c has a flange element 10, which is advantageously frictionally, positively and / or materially connected to the shaft segment 3.
  • FIG. 4d it is clarified how an interaction between the profiling 40 of the rotor shaft 2 and the structuring 50 of the laminated core 20 and the individual laminated core discs of the laminated core 20 takes place.
  • the profiling 40 is advantageously in the geometric shape of a Materialabflachung, in particular a plurality of Materialabflachungen 41, 42, 43, 44 is formed.
  • the structuring 50 of the laminated core 20 is formed in a geometric shape of a material flattening, in particular a plurality of material flats 51, 52, 53, 54, in whose areas the passage opening or the bore 20.1 of the laminated core 20 has a smaller diameter than in the remaining Areas of the hole 20.1. Due to the introduction or arranging of the material flattenings 51-54 of the structuring 50 into or onto the material flats 41 to 44 of the profiling 40, a positive connection is created between the laminated core 20 and the rotor shaft 2, in particular the pipe section 4 of the shaft segment 3, so that a process-reliable torque transmission between the laminated core 20 and the rotor shaft 2 is made possible.
  • FIGS. 5a to 5c show a further embodiment of a shaft segment 3 of a rotor shaft 2 according to the invention. Notwithstanding the embodiment of a wave segment 3 shown in FIGS. 3 a to 3 c, the embodiment of a wave segment 3 shown in FIGS. 5 a to 5 c has no collar 6. It is conceivable that for the arrangement of the laminated core 20, as shown for example in Figures 1A to ld, the curl in the respective setting areas of two pressure plates 30, 31, as shown for example in Figure 2, are formed. With the arrangement of two pressure plates advantageously axial compression of the laminated core discs of the laminated core 20 is made possible. At the same time prevent the pressure plates, as well as the collar 6 shown for example in Figures 3a to 3c an unintentional axial displacement of the laminated core 20 along the pipe section 4 of the shaft segment. 3

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise sowie einen Rotor einer elektrischen Maschine umfassend die gebaute Rotorwelle, welche ausschließlich zwei Rotorwellenbauteile umfasst, wobei ein erstes Rotorwellenbauteil ein Wellensegment, aufweisend einen Rohrabschnitt und einen Flanschabschnitt, ist und ein zweites Rotorwellenbauteil ein Flanschelement ist, wobei der Rohrabschnitt eine Rohraußenoberfläche mit einer Profilierung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der gebauten Rotorwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung des Rotors.

Description

Beschreibung
Gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise sowie Rotor und Verfahren zur Herstellung der gebauten Rotorwelle und des Rotors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise sowie einen Rotor, welcher die gebaute Rotorwelle aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle sowie eines gebauten Rotors aufweisend die gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise.
STAND DER TECHNIK
Grundlegend ist es bekannt bei der Herstellung von elektrischen Maschinen, insbesondere für elektrisch antreibbare Fahrzeuge deren Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig deren Leistung zu steigern, um vorteilhaft eine Erweiterung der Reichweite der Fahrzeuge zu ermöglichen . Demzufolge ist es anzustreben, auch die Rotorwellen der elektrischen Maschinen hinsichtlich deren Gewichts zu reduzieren . Hierzu beschreibt die DE 10 2011 012 429 AI eine dreiteilige Rotorwelle aufweisend zwei Seitendeckel und einen zwischen diesen Seitendeckeln angeordneten Grundkörper, wobei die Seitendeckel und der Grundkörper durch einen Pressverband miteinander verbunden werden . Der Grundkörper ist als Hohlkörper ausgestaltet, wobei die Blechpakete um den Holzylinder herum angebracht sind . Die Blechpakete sind durch Übermaßverbindung an dem Grundkörper fixiert, sodass es erforderlich ist, dass der Grundkörper eine definierte Steifigkeit aufweisen muss, um sich beim Anordnen der Blechpakete nicht zu deformieren und gleichzeitig einen hinreichenden Kraftschluss für den Betrieb der elektrischen Maschine zwischen den Blechpaketen und der gebauten Rotorwelle zu ermöglichen . Feste, insbesondere eine definierte Steifigkeit aufweisende Materialien weisen bekannter Weise auch ein hohes Gewicht und/oder einen hohen Preis auf.
Vergleichbares ist in der DE 42 40 045 Cl beschrieben, welche ebenfalls eine dreiteilige Rotorwelle offenbart. Die Rotorwelle ist aus einem rohrförmigen Verbindungsstück, an welches A- und B- seitig je ein Endstück mit einer Lagerstelle für die Lager durch Reibschweißen stoffschlüssig befestigt sind . Zur Herstellung der Rotorwelle ist es erforderlich drei voneinander separat herzustellende Bauteile derart miteinander zu verbinden, dass auch während eines Vollastbetriebes ein Drehmoment von dem Blechpaket über die Rotorwelle an das anzutreibende Bauteil prozesssicher übertragen werden kann. Insbesondere eine Pressverbindung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle kann den Nachteil aufweisen, dass es zu einer Lösung der Verbindung und damit zu einem Schlupf während der Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle kommen kann. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer gebauten Rotorwelle sowie einem Rotor zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gebaute Rotorwelle, einen Rotor sowie ein Verfahren zur Herstellung der gebauten Rotorwelle und zur Herstellung eines Rotors zu schaffen, die auf einer einfachen kostengünstigen Art und Weise eine Herstellung einer gebauten Rotorwelle bzw. eines Rotors aufweisend eine gebaute Rotorwelle ermöglichen, wobei zumindest die gebaute Rotorwelle und folglich der Rotor im Gewicht reduziert sind und gleichzeitig eine dauerhaft prozesssichere Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket des Rotors und der Rotorwelle ermöglicht ist.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Rotor aufweisend die gebaute Rotorwelle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8. Ferner wird die voranstehende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen . Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle bzw. dem erfindungsgemäßen Rotor beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Rotors und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann die erfindungsgemäße gebaute Rotorwelle mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle bzw. der erfindungsgemäße Rotor mit dem Verfahren zur Herstellung eines Rotors hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße gebaute Rotorwelle asymmetrischer Bauweise umfasst ausschließlich zwei Rotorwellenbauteile. Dabei ist das erste Rotorwellenbauteil ein Wellensegment, aufweisend einen Rohrabschnitt und einen Flanschabschnitt, während das zweite Rotorwellenbauteil ein Flanschelement ist. Erfindungsgemäß weist der Rohrabschnitt des ersten Rotorwellenbauteils, insbesondere des Wellensegmentes eine Rohraußenoberfläche mit einer Profilierung auf. Im Rahmen der Erfindung wird unter der asymmetrischen Bauweise der gebauten Rotorwelle eine Bauweise verstanden, bei welcher keine Spiegeleben zur Spiegelung der gebauten Rotorwelle relativ zur Drehachse, insbesondere orthogonal zur Drehachse vorhanden ist. Das bedeutet, dass die gebaute Rotorwelle, insbesondere das erste Rotorwellenbauteil geometrisch abweichend zum zweiten Rotorwellenbauteil ausgestaltet ist. Während das erste Rotorwellenbauteil ein Wellensegment ist, das einen Rohrabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist, umfasst das zweite Rotorwellenbauteil erfindungsgemäß lediglich ein Flanschelement, welches mit dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes zur gebauten Rotorwelle verbindbar ist. Vorteilhaft ermöglicht die Ausgestaltung dieser zweiteiligen gebauten Rotorwelle der Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe, welche dazu geeignet sind die einzelnen Funktionalitäten des ersten Rotorwellenbauteils sowie des zweiten Rotorwellenbauteils zum einen zu gewährleisten und zum anderen gleichzeitig die Kosten bei der Herstellung der gebauten Rotorwelle zu minimieren. So ist es denkbar, dass das erste Rotorwellenbauteil, insbesondere das Wellensegment ein zum zweiten Rotorwellenbauteil weniger festen und damit in dessen Herstellung günstigeren Werkstoffen aufweist. Vorteilhaft dient das Wellensegment bzw. das erste Rotorwellenbauteil dazu ein Blechpaket am Rohrabschnitt anzuordnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft denkbar, dass das Blechpaket nicht, wie aus dem zitierten Stand der Technik bekannt, auf dem Rohrabschnitt aufgepresst, sondern, zumindest in Umfangsrichtung des Rohabschnittes betrachtet, formschlüssige mit dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes verbunden wird, um eine hinreichende Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket und dem Wellensegment der gebauten Rotorwelle zu gewährleisten .
Demgegenüber ist es möglich, dass das zweite Rotorwellenbauteil, insbesondere das Flanschelemente aus einem im Vergleich zum Wellensegment festeren Werkstoff besteht. Dies dient vorteilhaft dazu, dass in dem Flanschelemente beispielsweise ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde eingeschnitten werden kann, um beispielsweise eine Verbindung zu einem anzutreibenden Bauteil, wie einer Welle oder Achse zu ermöglichen . Es ist ebenso denkbar, dass in dem Flanschelement eine Verzahnung, insbesondere eine Steckverzahnung bzw. Passverzahnung ausgebildet ist, über welche das Drehmoment an ein anzutreibendes Bauteil übertragen wird . Vorteilhaft ist mit der zweiteiligen gebauten Rotorwelle asymmetrischer Bauweise das Leichtbaupotenzial einer gebauten Rotorwelle hinreichend ausgeschöpft. Eine Verkleinerung des Rohrdurchmessers, welche sich beispielsweise negativ auf die Übertragungsfähigkeit des Drehmomentes zwischen dem Blechpaket und dem Wellensegment auswirkt, wird mittels der erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle vorteilhaft vermieden . Des Weiteren bedarf es bei der erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle vorteilhaft lediglich einer einzelnen Fügestelle bzw. Verbindung zwischen den einzelnen Rotorwellenbauteilen.
Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass die Profilierung wenigstens eine sich zumindest abschnittsweise in Längsrichtung des ersten Rotorwellenbauteils erstreckenden Materialaussparung oder Materialabflachung ist. Vorteilhaft erstreckt sich die Profilierung vollständig entlang der Rohraußenoberfläche des Rohrabschnittes in Längsrichtung des ersten Rotorwellenbauteils, insbesondere des Wellensegmentes. Vorteilhaft dient die Profilierung dazu mit einer Strukturierung einer Blechpaketscheibe, wie im nachfolgenden noch näher erläutert, wechselzuwirken, um eine formschlüssige Verbindung zwischen wenigsten einer der Blechpaketscheiben eines Blechpaketes und der Rotorwelle zu ermöglichen. Im Rahmen der Erfindung ist als Längsrichtung die axiale Richtung entlang der Drehachse der gebauten Rotorwelle bzw. des Rotors zu verstehen .
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Profilierung aus einer Mehrzahl an sich in Umfangsrichtung verteilt ausgebildeten Materialaussparung oder Materialabflachungen besteht. Vorteilhaft sind die Mehr- zahl an Materialaussparungen oder Materialabflachungen gleichmäßig zueinander verteilt in Umfangs- richtung des Rohrabschnittes an dessen Rohraußenoberfläche ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Mehrzahl an Materialaussparungen oder Materialabflachungen ungleichmäßig zueinander verteilt in Umfangsrichtung des Rohrabschnittes an dessen Rohraußenoberfläche ausgebildet ist.
Ist des Weiteren denkbar, dass sich jede der Mehrzahl an Materialaussparung oder Materialabflachungen zumindest abschnittsweise in axialer Richtung des erstes Rotorwellenbauteils, insbesondere des Wellensegmentes gleichmäßig zueinander beabstandet erstrecken . Vorteilhaft ist es auch denkbar, dass sich jede der Mehrzahl an Materialaussparung oder Materialabflachungen vollständig entlang der Rohraußenoberfläche des Rohabschnittes des Wellensegmentes bzw. des ersten Rotorwellenbauteils erstrecken.
Es ist möglich, dass die wenigstens eine Materialaussparung oder jede der Mehrzahl an Materialaussparung in Form einer Vertiefung, insbesondere in Form einer Nut ausgebildet ist.
Bei der Ausbildung einer Materialaussparung oder Materialabflachung als Profilierung ist vorteilhaft die Profilierung in einfacher und kostengünstige Art und Weise auf der Rohraußenoberfläche des Rohrabschnittes des Wellensegments herstellbar. So ist es möglich, dass die entsprechend ausgebildete Profilierung bereits während des Herstellungsschrittes des Erzeugens des Wellensegmentes in die Rohraußenoberfläche eingebracht (bei einer Materialaussparung) oder die Rohraußenoberfläche in Berücksichtigung der Materialabflachung entsprechend ausgestaltet bzw. geformt wird .
Es ist des Weiteren möglich, dass zumindest der Flanschabschnitt oder das Flanschelement als mediumdurchlässiger oder mediumundurchlässiger Flansch ausgebildet ist. So ist es möglich, dass beispielsweise ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium zum Kühlen der gebauten Rotorwelle, vorteilhaft auch des gesamten Rotors, welcher die gebaute Rotorwelle aufweist, in die gebaute Rotorwelle, insbesondere in den Rohrabschnitt der gebauten Rotorwelle eingebracht wird . Dabei ist es möglich, dass das Kühlmedium durch den mediumdurchlässigen Flanschabschnitt oder das mediumdurchlässige Flanschelemente in das erstes Rotorwellenbauteil bzw. Wellensegment, insbesondere den Rohrabschnitt des Wellensegmentes zum Kühlen eingebracht wird, während der mediumundurchlässige Flanschabschnitt bzw. das mediumundurchlässige Flanschelement ein Austreten aus dem Rohrabschnittes des Wellensegmentes verhindert. Hierbei ist es denkbar, dass das Kühlmedium weiterhin, ausgehend von dem Rohrabschnitt, beispielsweise an ein mit dem Rohrabschnitt drehmomentverbundenes Blechpaket weitergeleitet wird . Hierzu weist beispielsweise der Rohrabschnitt unterschiedliche Öffnungen zum Durchlass des Kühlmediums an das Blechpaket auf. Es ist auch denkbar, dass der mediumdurchlässige Flanschabschnitt oder das mediumdurchlässige Flanschelemente Einlasskanal sowie einen Auslasskanal aufweisen, wobei das Kühlmedium über den Einlasskanal in den Rohabschnittes des Wellensegmentes eingebracht und über den Auslasskanal aus dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes hinaus transportiert wird . Dabei ist es möglich, dass beispielsweise eine Hülse in den Rohrab- schnitt, vorteilhaft ausgehend vom mediumdurchlässigen Flanschabschnitt oder dem mediumdurchlässigen Flanschelemente zumindest abschnittsweise bis in den Rohrabschnitt des Wellensegmentes sich hinein erstreckend, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann das fließfähige Kühlmedium beispielsweise durch den Innenquerschnitt der Hülse in den Rohrabschnittes eingebracht und das mit Wärmeenergie geladen Kühlmedium über einen Kanal, ausgebildet durch die Außenumfangsoberfläche des Rohres und die Bohrung des Flanschelementes oder des Flanschabschnittes aus dem Rohrabschnitt her- austransportiert werden. Es ist auch denkbar, dass der Flanschabschnitt sowie das Flanschelement jeweils als mediumdurchlässige Bauteile ausgestaltet sind, sodass entweder durch den Flanschabschnitt oder das Flanschelement das Kühlmedium in den Rohrabschnitt des Wellensegmentes eingebracht und folglich auf der gegenüberliegenden Seite, nämlich durch das dort angeordnete Flanschelement oder den dort ausgebildeten Flanschabschnitt aus dem Rohrabschnitt wieder hinaus transportiert wird .
Es ist des Weiteren denkbar, dass das erste Rotorwellenbauteil einen Kragen aufweist, welcher sich an einem distalen Ende des Rohrabschnittes in Umfangsrichtung nach außen erstreckt, welches einem distalen Ende gegenüberliegt, an dem der Flanschabschnitt ausgebildet ist. Vorteilhaft dient der Kragen als Positionierelement oder auch als Halteelemente zum Positionieren bzw. Halten eines Blechpaketes bzw. einer Blechpaketscheibe oder auch einer Druckschreibe zumindest in einer axialen Richtung. Vorteilhaft ist der Kragen einstückig mit dem Wellensegment bzw. einstückig mit dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes ausgebildet.
Ist des Weiteren ein Rotor einer elektrischen Maschine, wie einer Synchronmaschine oder einer Asynchronmaschine beansprucht, wobei der Rotor eine gebaute Rotorwelle gemäß der vorangegangenen Art sowie zumindest ein auf dem Rohrabschnittes angeordnetes Blechpaket sowie wenigstens eine auf dem Rohrabschnitt angeordnete Druckschreibe aufweist. Vorteilhaft kontaktiert das Blechpaket den Kragen des Rohrabschnittes des Wellensegmentes, wobei die Druckschreibe derart auf dem Rohabschnitt angeordnet ist, dass das Blechpaket zwischen der Druckschreibe und dem Kragen des Rohrabschnittes des Wellensegmentes in axialer Richtung verschiebefest angeordnet ist. Vorteilhaft pressen die Druckschreibe und der Kragen des Rohrabschnittes des Wellensegmentes das Blechpaket bzw. die Blechpaketscheiben des Blechpaketes axial aufeinander. Es ist des Weiteren denkbar, dass zwei Druckscheiben auf dem Rohrabschnitt angeordnet sind, zwischen denen das Blechpaket, in axialer Richtung betrachtet, eingespannt ist. Vorteilhaft pressen beide Druckschreiben das Blechpaket bzw. die einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpaketes in axialer Richtung zusammen . Es ist demzufolge des Weiteren denkbar, dass bei einer Anordnung von zwei auf dem Abschnitt angeordnet Druckscheiben zumindest eine der Druckscheiben an dem Kragen anliegt bzw. sich in axialer Richtung betrachtet an dem Kragen abstützt.
Es ist des Weiteren möglich, dass das Blechpaket eine Mehrzahl an Blechpaketscheiben aufweist, wobei jede der Blechpaketscheiben eine zur Profilierung der Rotorwelle korrespondierende Strukturierung aufweist, wobei die Profilierung der Rotorwelle und die Strukturierung der Blechpaketscheiben einen Formschluss bilden. Die Strukturierung ist dabei vorteilhaft als geometrisches Negativ der Profilierung anzusehen. Es ist denkbar, dass die Strukturierung beispielsweise in geometrischer Gestalt eines Vorsprunges, einer Materialaufwerfung oder einer Nase oder in vergleichbarer Gestalt ausgebildet ist. Auch ist es denkbar, dass die Strukturierung in geometrischer Gestalt einer Abflachung an der Oberfläche der Bohrung der Blechpaketscheiben, insbesondere der Scheibeninnenoberfläche ausgebildet ist. Dabei ist anzumerken, dass die Blechpaketscheiben eine zentrische Bohrung aufweisen, um den Rohrabschnitt hindurch zu führen, um folglich eine Anordnung der Blechpaketscheiben auf dem Rohrabschnitt zu ermöglichen . Bei einer Ausbildung der Profilierung als Materialaussparung, insbesondere Vertiefung oder Nut, sowie bei einer Ausgestaltung der Strukturierung als Vorsprung, ist es möglich, dass die Strukturierung in die Profilierung eingreift. Es ist vorteilhaft möglich, dass aufgrund der Ausbildung der Profilierung der Rotorwelle sowie der Strukturierung der einzelnen Blechpaketscheiben eine Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket bzw. den Blechpaketscheiben des Blechpaketes und der gebauten Rotorwelle, insbesondere dem Wellensegment der gebauten Rotorwelle ohne Verluste im Vergleich zu einem Kraftschluss zwischen Blechpaket und Welle ermöglicht wird .
Es ist des Weiteren denkbar, dass auf der Rohraußenoberfläche zusätzlich eine Rollierung zumindest in einem Setzbereich der wenigstens einen Druckscheibe derart ausgebildet ist, dass zumindest eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Druckschreibe und dem Rohrabschnittes erzeugt ist. Es ist ebenso möglich, dass mittels der Rollierung eine kraft- und formschlüssige Verbindung erzeugt wird . Es ist denkbar, dass bei einer Anordnung von mehr als einer Druckschreibe, insbesondere von zwei Druckscheiben auch zwei Rollierungen auf dem Rohrabschnitt ausgebildet sind . So ist es möglich, dass zusätzlich oder alternativ zur Ausbildung des Kragens der gebauten Rotorwelle eine zweite Rollierung axial angrenzend an den Kragen auf dem Rohrabschnittes erzeugt ist.
Bei dem beschriebenen Rotor ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer gebauten Rotorwelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind .
Es ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle gemäß der vorangegangenen Art beansprucht, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- Umformen, insbesondere Zugdruckumformen eines Rohres zur Erzeugung des erstes Rotorwellenbauteils, aufweisend den Rohrabschnitt, den Flanschabschnitt und die Profilierung,
- Bereitstellen eines Flanschelementes als zweites Rotorwellenbauteil, und
- Verbinden des ersten Rotorwellenbauteils mit dem zweiten Rotorwellenbauteil zumindest mittels Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren ist es vorteilhaft möglich das erste Rotorwellenbauteil während nur eines einzelnen Herstellungsschrittes zu erzeugen . Dabei wird die Profilierung bereits bei der Aus- gestaltung des Rohrabschnittes sowie des Flanschabschnitt es erzeugt. Vorteilhaft ist es denkbar, dass auch während der Erzeugung des ersten Rotorwellenbauteils gleichzeitig der Kragen während des Umformverfahrens bzw. des Zugdruckumformverfahrens ausgebildet wird . Es ist auch denkbar, dass der Kragen in einem nachträglichen Verfahrensschritt, insbesondere während eines Warmumformprozesses bzw. während eines Warmumformverfahrensschrittes erzeugt wird, insbesondere an dem Rohrabschnittes des Wellensegmentes ausgebildet wird . Es ist auch denkbar, dass das Flanschelement, welches als zweites Rotorwellenbauteil dem Verfahren bereitgestellt wird, anstelle des ersten Rotorwellenbauteils einen Kragen aufweist. So ist es möglich, dass das Flanschelement vergleichbar zum ersten Rotorwellenbauteil, insbesondere zum Wellensegment mittels eines Umformverfahrens, insbesondere eines Zugdruckumformverfahrens inklusive oder exklusive des Kragens hergestellt wird, bevor dieses dem benannten Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle zugeführt wird.
Es ist auch denkbar, dass das Wellensegment, insbesondere der Rohrabschnitt einen sich zumindest abschnittsweise in axialer Richtung erstreckenden und in Umfangsrichtung des Rohrabschnittes verlaufenden Absatz aufweist, welche an einem distalen Ende des Rohrabschnittes ausgebildet ist, welche dem distalen Ende gegenüberliegt gegenüber liegt, an dem der Kragen an dem Rohrabschnittes ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es denkbar, dass auf der Oberfläche des Absatzes eine Rollierung ausgebildet ist, auf der beispielsweise eine Druckschreibe zumindest kraftschlüssig, vorteilhaft kraft- und formschlüssig angeordnet werden kann . Die Ausbildung eines Absatzes an dem Rohrabschnitt dient vorteilhaft dazu, dass die Rollierung bereits vor der Anordnung der ersten bzw. der ersten und der zweiten Druckschreibe und des Blechpaketes auf dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes erzeugt werden kann, wobei wenigsten einige der Bauteile über die bereits vorhandene Rollierung hinweggeschoben werden können ohne mit dieser einen Kraftschluss zu erzeugen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn insbesondere die Druckschreibe, welche mit der auf dem Absatz ausgebildeten Rollierung einen Kraftschluss erzeugen soll, einen Bohrungsdurchmesser aufweist, der im Vergleich zum Bohrungsdurchmesser beispielsweise einer erstes Druckscheibe und/oder einem Blechpaket geringer ausgebildet ist.
Bei der Anordnung des ersten Rotorwellenbauteils, insbesondere des Wellensegmentes mit dem zweiten Rotorwellenbauteil, insbesondere dem Flanschelement ist es möglich diese Bauteile mittels Form- schluss zu verbinden . Hierbei ist denkbar, dass ein Gewindeschluss zwischen dem Flanschelement und dem Rohrabschnitt des Wellensegmentes erzeugt wird . Dabei ist es möglich, dass beispielsweise der Rohrabschnitt zumindest an einem distalen Ende ein Innengewinde aufweist, während das Flanschelement ein Außengewinde aufweist, welches in das Innengewinde eingreift. Es ist auch denkbar, dass der gesamte Rohrabschnitt, insbesondere die Oberfläche der Bohrung des Rohrabschnittes ein Innengewinde aufweist. Des Weiteren ist es möglich, dass das Wellensegment und das Flanschelemente miteinander verpresst werden . Hierbei ist es möglich, dass insbesondere auf der Innenseite des Rohrabschnittes eine Materialaufwerfung, wie beispielsweise eine Rollierung erzeugt ist, wobei es auch denkbar ist, dass insbesondere im Fügeabschnitt des Flanschelementes eine derartige Materialaufwer- fung bzw. Rollierung auch insbesondere auf dessen Außendurchmesser erzeugt ist, um einen sicheren Kraftschluss zwischen dem ersten Rotorwellenbauteil und dem zweiten Rotorwellenbauteil zu ermöglichen . Es ist des Weiteren denkbar, dass das erste Rotorwellenbauteil mit dem zweiten Rotorwellenbauteil mittels eines Stoffschlusses, insbesondere einer Schweißverbindung verbunden wird.
Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer gebauten Rotorwelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und einem Rotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind .
Es ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors gemäß der vorangegangenen Art beansprucht. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:
a) Bereitstellen einer gebauten Rotorwelle gemäß der vorangegangenen Art,
b) Aufschieben eines Blechpaketes auf den Rohrabschnitt derart, dass die Strukturierung der Blechpaketscheiben des Blechpaketes formschlüssig mit der Profilierung des Rohrabschnittes wechselwirken, wobei das Blechpaket bis zu einem am Rohrabschnitt ausgebildeten Kragen oder bis zu einer auf dem Rohrabschnitt angeordneten ersten Druckscheibe aufgeschoben wird, und
c) Aufschieben einer das Blechpakets axial verspannenden Druckschreibe, insbesondere einer zweiten Druckscheibe auf den Rohrabschnitt bis zu einer auf der Rohraußenoberfläche des Rohrabschnittes ausgebildeten Rollierung in Setzbereich der Druckscheibe derart, dass die Blechpaketscheiben axial zusammengepresst werden .
Je nach Ausgestaltung der Profilierung bzw. der Strukturierung ist es denkbar, dass die Strukturierung zumindest teilweise auch in die Profilierung eingreift.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass zeitlich vor dem Schnitt a) eine erste Druckscheibe auf dem Rohrabschnitt zumindest bis zu einer auf der Rohraußenoberfläche des Rohrabschnittes ausgebildeten ersten Rollierung oder bis zu einem am Rohrabschnitt ausgebildeten Kragen aufgeschoben wird.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das Verfahren zur Herstellung eines Rotors auch die Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle, wie zuvor genannt, umfasst, um eine gebaute Rotorwelle der oben genannten Art herzustellen und dem Montageverfahren zum Erzeugen eines Rotors zur Verfügung zu stellen .
Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer gebauten Rotorwelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, einem Rotor gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und einem Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind . Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle und eines erfindungsgemäßen Rotors sowie die Verfahrensschritte zur deren Herstellung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur la in einer seitlichen Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
Figur lb in einer seitlichen Ansicht eine Darstellung eines Schnittes A - A der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
Figur lc in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung der in den Figuren 1A und 1 B gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
Figur ld in einer seitlichen Ansicht eines Darstellung eines Schnittes der in der Figur lc gezeigten Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
Figur 2 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
Figur 3a in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines ersten Rotorwellenbauteils, insbesondere eines Wellensegmentes einer erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle,
Figur 3b in einer seitlichen Ansicht die in der Figur 3a gezeigte Ausführungsform eines Wellensegmentes,
Figur 3c in einer seitlichen Ansicht eine Darstellung eines Schnittes B - B der in der Figur 3b gezeigten Ausführungsform eines Wellensegmentes,
Figur 4a in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle,
Figur 4b in einer seitlichen Ansicht die in der Figur 4a gezeigt Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle,
Figur 4c in einer seitlichen Ansicht eine Darstellung eines Schnittes C - C der in der Figur 4b gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle, Figur 4d in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors, aufweisend eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle gemäß den Figuren 4a bis 4c,
Figur 5a in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform eines Wellensegmentes einer erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle,
Figur 5b in einer seitlichen Ansicht die in der Figur 5 gezeigt Ausführungsform eines Wellensegmentes, und
Figur 5c in einer seitlichen Ansicht eine Darstellung eines Schnittes D - D der in der Figur 5b gezeigten Ausführungsform eines Wellensegmentes.
Elemente mit gleicher Funktionen und Wirkungsweise sind in den Figuren la bis 5c jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen .
In den Figuren la bis lc ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 in unterschiedlicher Darstellung gezeigt. Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 2 auf, welche ein erstes Rotorwellenbauteil 2.1 sowie ein zweites Rotorwellenbauteil 2.2 umfasst. Das erste Rotorwellenbauteil 2.1 ist erfindungsgemäß ein Wellensegment 3, welches einen Rohrabschnitt 4 sowie einen Flanschschnitt 5 aufweist. Das zweite Rotorwellenbauteil 2.2 ist erfindungsgemäß ein Flanschelement 10. Das Wellensegment 3 weist vorteilhaft einen Hohlraum 7 auf, innerhalb welchem beispielsweise ein fließfähiges Kühlmedium, insbesondere ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium eingebracht werden kann . Gemäß der in den Figuren la bis lc gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 1 weist das Wellensegment 3 zudem einen Kragen 6 auf, welcher sich an einem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 radial nach außen weg erstreckt. Der Kragen 6 ist vorteilhaft an dem distalen Ende des Wellensegmentes 3, insbesondere des Rohrabschnittes 4 ausgebildet, welches dem distalen Ende gegenüberliegt, an dem der Flanschabschnitt 5 des Wellensegmentes 3 ausgebildet ist. Der Flanschabschnitt 5 sowie der Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 sind einstückig ausgebildet bzw. bilden ein einstückiges Wellensegment 3 aus und werden vorteilhaft in einem Verfahrensschritt aus einem Rohr hergestellt. Das Flanschelement 10, welches das zweite Rotorwellenbauteil 2.2 der Rotorwelle 2 ist, weist vorteilhaft eine Bohrung 11 auf. Die Bohrung 11 erstreckt sich vorteilhaft in axialer Richtung entlang der Drehachse 60 und ist vorteilhaft in Gestalt einer Durchgangsbohrung ausgebildet. Vorteilhaft dient die Bohrung 11 zum Einlassen und/oder zum Auslassen eines fließfähigen Kühlmediums. Vergleichbar dazu ist es möglich, dass auch der Flanschabschnitt 5 des Wellensegmentes 3 und folglich des ersten Rotorwellenbauteils 2.1 eine Bohrung 8 aufweist, welche sich zumindest abschnittsweise entlang der Drehachse 60 in axialer Richtung erstreckt. Es ist zudem denkbar, dass ein Verschlusselement 9 beispielsweise in Gestalt eines Stopfens die Bohrung 8 des Flanschabschnittes 5 derart verschließt, dass beispielsweise ein in den Hohlraum 7 des Rohrabschnittes 4 eingebrach- tes Kühlmedium nicht durch den Flanschabschnitt 5 aus dem Rohrabschnitt 4 herausfließen kann . Es wäre jedoch auch denkbar, dass ein derartiges Verschlusselement 9 nicht in der Bohrung 8 des Flanschabschnittes 5 des Wellensegmentes 3 angeordnet bzw. ausgebildet ist, sodass auch der Flanschabschnitt 5 ein mediumdurchlassendes Element ist.
Bei einem mediumdurchlassenden Element, insbesondere einem mediumdurchlassenden Flanschabschnitt 5 bzw. Flanschelement 10 ist es vorteilhaft denkbar, dass ein fließfähiges Kühlmedium zumindest in den Hohlraum 7 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 hinein befördert wird und/oder aus diesem entgegen der Einfließrichtung heraus bewegt wird. Es ist auch denkbar, dass das Flanschelemente 10 sowie der Flanschabschnitt 5 jeweils mediumdurchlassende Elemente sind, sodass das Kühlmedium beispielsweise durch eines der Elemente in den Hohlraum 7 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 eingebracht und durch das andere mediumdurchlassende Element aus diesen Hohlraum 7 wieder hinaus befördert wird .
Vorteilhaft ist es denkbar, dass das Flanschelement 10 einen Fügeabschnitt 10.1 aufweist, der insbesondere mit einem Abschnitt des Wellensegmentes 3 vorteilhaft einem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 zur Verbindung des Wellensegmentes 3 mit dem Flanschelement 10 in Verbindung tritt. Hierbei ist es denkbar, dass auf dem Abschnitt 10.1 ein hier nicht gezeigtes Außengewinde, insbesondere an dessen äußerer Oberfläche, ausgebildet ist, welches beispielsweise in ein auf der inneren Oberfläche des Rohrabschnittes 4 ausgebildetes Innengewinde (hier nicht gezeigt) eingreift.
Zusätzlich zur Rotorwelle 2 weist der Rotor 1 gemäß den Figuren la bis ld ein Blechpaket 20 aufweisend eine Mehrzahl an hier nicht detailliert dargestellten Blechpaketscheiben auf. Das Blechpaket 20, insbesondere die einzelnen hier nicht gezeigten Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20 weisen eine Bohrung 20. 1 auf, die dazu dient die Rotorwelle 2, insbesondere den Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 derart aufzunehmen, dass das Blechpaket 20 auf der Rotorwelle 2 angeordnet wird .
Die Rotorwelle 2, insbesondere der Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 und folglich das erste Rotorwellenbauteil 2.1. weist eine Profilierung 40 auf. Die Profilierung 40 ist vorteilhaft zumindest auf dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 ausgebildet, wobei es auch denkbar ist, dass die Profilierung 40 zumindest abschnittsweise auch den Kragen 6 und/oder den Flanschabschnitt 5 des Wellensegmentes 3 umfasst. Die Profilierung 40 ist vorteilhaft auf der Rohraußenoberfläche 4.1 des Rohrabschnittes 4 ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist die Profilierung 40 als zumindest eine sich in axialer Richtung entlang der Drehachse 60 erstreckende Materialabflachung, besonders vorteilhaft als Materialvertiefung ausgebildet. Als Materialabflachung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Abschnitt auf dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 verstanden, der hinsichtlich des Au- ßenumfangs eine abweichende Geometrie aufweist. Vorteilhaft weist der Bereich der Materialabflachung einen geringeren Radius auf, als die verbleibenden Wandunsbereiche des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3. Das bedeutet, dass im Bereich der Materialabflachung der Rohrabschnitt 4, insbesondere die Rohraußenoberfläche 4.1 keine kreisrunde Ausprägung aufweist, sondern vielmehr eine sich in Umfangsrichtung erstreckende gerade Ausprägung .
Es ist des Weiteren möglich, dass der erfindungsgemäße Rotor 1 gemäß den Figuren la bis lc eine Druckscheibe 30 aufweist. Diese Druckschreibe 30 wird entsprechend dem Blechpaket 20 auf den Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 aufgeschoben und dient vorteilhaft dazu die einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20 in axialer Richtung miteinander zu verpressen. Als Anschlagselement auf einer der Druckschreibe 30 gegenüberliegenden Seite dient vorteilhaft der Kragen 6, welcher an dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 ausgebildet ist. Demzufolge bedarf es bei der Montage des hier gezeigten Rotors 1 lediglich einer Druckschreibe 30. Um vorteilhaft eine formschlüssige Verbindung zwischen der Rotorwelle 2 und dem Blechpaket 20 herzustellen, durch welche eine Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket 20 und der Rotorwelle 2 ermöglicht wird, weist das Blechpaket 20, insbesondere die einzelnen Blechpaketscheiben eine Strukturierung 50 auf. Die Strukturierung 50 ist vorteilhaft an der Oberfläche der Bohrung bzw. Durchgangsöffnung 20.1 ausgebildet und wechselwirkt beim Aufschieben des Blechpaketes 20 bzw. der einzelnen Blechpaketscheiben auf den Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 mit der auf dem Rohrabschnitt 4 bzw. auf der Rohraußenoberfläche 4.1 ausgebildeten Profilierung 40. So ist es denkbar, dass auch die Strukturierung 50 in geometrischer Gestalt einer Materialabflachung ausgebildet ist, welche folglich vorteilhaft das geometrische Negativ zur Profilierung 40 bildet. Es ist zudem denkbar, dass wenn die Profilierung 40 als Materialausnehmung insbesondere Vertiefung oder Nut ausgebildet ist, dass die Strukturierung 50 in geometrischer Gestalt eines Vorsprunges, insbesondere einer Nase ausgebildet ist, welche in die Nut des Rohrabschnittes 4 eingreift. Die geometrische Ausgestaltung der Profilierung 40 und folglich der Strukturierung 50 soll durch eine hier gezeigte Ausführungsform nicht begrenzt werden . Es ist vorteilhaft denkbar, dass jedwede geometrische Gestaltungen zu Ausbildung der Profilierung 40 und der Strukturierung 50 verwendet werden können, die dafür dienen, dass ein hinreichender Formschluss zwischen dem Blechpaket 20 bzw. den einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20 und der Rotorwelle 2 erzeugt wird, sodass vorteilhaft eine sich nicht reduzierende Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket 20 und der Rotorwelle 2 erfolgt.
Zur Anordnung der Druckscheibe 30 ist es vorteilhaft denkbar, dass auf dem Rohrabschnitt 4 eine hier nicht gezeigte Rollierung aufgebracht ist. Die hier nicht gezeigte Rollierung ist vorteilhaft an einem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 auf der Rohraußenoberfläche 4.1 ausgebildet, die dem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 gegenüberliegt, an welchem der Kragen 6 ausgebildet ist. Bei einer Anordnung der Druckschreibe 30 auf der Rollierung des Rohrabschnittes 4 findet vorteilhaft ein Kraftschluss zwischen Druckschreibe 30 und der Rollierung statt, sodass die Druckschreibe 30 verdrehfest mit dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 und folglich der Rotorwelle 2 verbunden ist.
Vorteilhaft ist es denkbar, dass der Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 einen Absatz 4.2 aufweist. Der Absatz 4.2 ist vorteilhaft an einem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 gebildet, welcher dem dis- talen Ende des Rohrabschnittes 4 gegenüberliegt, an welchem der Kragen 6 ausgebildet ist. Der Absatz 4.2 des Rohrabschnittes 4 weist vorteilhaft einen kleineren Außenumfang auf, als der verbleibende Teil des Rohrabschnittes 4 und ist folglich radial nach innen versetzt. Vorteilhaft erstreckt sich der Absatz 4.2 zumindest abschnittsweise in axialer Richtung. Es ist denkbar, dass eine Rollierung im Bereich des Absatzes 4.2 auf der Rohraußenoberfläche 4.1 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 ausgebildet ist. Dies dient vorteilhaft dazu, dass vor dem Aufbringen des Blechpaketes 20 sowie der Druckschreibe 30 die Rollierung bereits auf dem Rohrabschnitt 4 ausgebildet sein kann, ohne dass bei einem Aufschieben des Blechpaketes 20 dieses ungewollt kraftschlüssig mit der Rollierung verbunden wird . Hierzu weist die Druckscheibe 30 vorteilhaft eine kleiner dimensionierte Durchgangsbohrung 30.1 auf, als das Blechpaket 20 bzw. die einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20, sodass ein Kraftschluss zwischen der Druckschreibe 30 und der auf dem Absatz 4.2 erzeugten Rollierung ermöglicht ist. Vorteilhaft ist der Durchmesser der Durchgangsbohrung 30.1 der Druckschreibe 30 geringer als der Außendurchmesser der auf dem Absatz 4.2 ausgebildeten Rollierung . Demzufolge ist die Bohrung 20.1 des Blechpaketes 20 bzw. der einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpakets ist 20 größer ausgebildet, als der Außendurchmesser der auf dem Absatz 4.2 ausgebildeten Rollierung .
In den Figuren lc sowie ld wird zudem auch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle 2 und eines Rotors 1 verdeutlicht. Hierbei wir zuerst aus einem Rohr ein erstes Rotorwellenbauteil 2.1, insbesondere ein Wellensegment 3 erzeugt, welches den Rohrabschnitt 2, den Flanschabschnitt 5 sowie die Profilierung 40 aufweist. Vorteilhaft ist an dem Rohrabschnitt 4 ein Kragen 6 ausgeformt. Das Wellensegment 3 wird mit dem zweiten Rotorwellenbauteil 2.2, insbesondere dem Flanschelement 10 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden . Nachfolgens wird vorteilhaft ein Blechpaket 20 auf die gebaute Rotorwelle 2 aufgeschoben. Das Aufschieben erfolgt vorteilhaft über die Seite bzw. das distale Ende des Wellensegmentes, an welcher der Flanschabschnitt 5 ausgebildet ist. Das Blechpaket 20 weist eine Mehrzahl an hier nicht gezeigter Blechpaketscheiben aufweisend eine Strukturierung 50 auf. Das Blechpaket 20 wird derart auf die gebaute Rotorwelle 2 aufgeschoben, dass die Strukturierung 50 mit der Profilierung 20 in Eingriff gelangt. Abschließend wird eine Druckscheibe 30 auf den Rohrabschnitt 4 aufgeschoben, welche sich vorteilhaft mit einer auf dem Rohrabschnitt 4 aufgebrachten Rollierung (hier nicht gezeigt) im Setzbereich der Druckscheibe 30 kraftschlüssig verbindet. Diese Rollierung kann hierfür zeitlich vor oder nach dem Aufbringen des Blechpaketes 20 und/oder vor dem Anordnen der Druckscheibe 30 erzeugt werden .
In der Figur 2 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 gezeigt. Der in der Figur 2 gezeigte Rotor entspricht im Wesentlichen der in den Figuren la bis ld gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 und unterscheidet sich insbesondere durch eine Anordnung von einer ersten Druckschreibe 30 sowie einer zweiten Druckschreibe 31 sowie durch ein in das Flanschelement 10 eingebrachtes Gewinde 12. Das Gewinde 12 ist vorteilhaft in Form eines Innengewindes ausgebildet und erstreckt sich zumindest abschnittsweise entlang der in dem Flanschelement 10 ausgebildeten Bohrung 11. Des Weiteren weist das in der Figur 2 gezeigte Flanschelement 10 einen Anschlag 13 auf, welcher vorteilhaft dazu dient bei einem Verbinden des Flanschelementes 10 mit dem Wellensegment 3 eine definierte Anordnung des Flanschelementes 10 zum Wellensegment 3 hinsichtlich der sich in axialer Richtung ergebenden Positionierung zu ermöglichen. Vorteilhaft dient der Anschlag 13 dazu, dass das Flanschelement 10 bis zu einer definierten Tiefe in den Hohlraum 7 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 eingebracht werden kann . Bei einer Ausbildung eines Kragens 6 am Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 kontaktiert der Kragen 6 vorteilhaft den Anschlag 13 des Flanschelementes 10. Des Weiteren weist das Flanschelement 10 einen Sitz 14, insbesondere einen Wellensegmentsitz auf, der sich zumindest abschnittsweise in axialer Richtung betrachtet in den Hohlraum 7 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 hinein erstreckt. Dabei kontaktiert die äußere Oberfläche des Sitzes 14 die innere Oberfläche des Rohrabschnittes 4. Sofern jedoch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Flanschelement 10 und dem Wellensegment 3 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle 2 präfe- riert wird, ist es denkbar, dass eine Rollierung auf dem Sitz 14, insbesondere auf der äußeren Oberfläche des Sitzes 14 aufgebracht, oder auf der inneren Oberfläche des Rohrabschnittes 4 im Bereich des später anzuordnenden Sitzes 14 erzeugt ist. Hierdurch wird vorteilhaft bei einem Einschieben zumindest des Sitzes 14 des Flanschelementes 10 in den Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 aufgrund der vorliegenden Rollierung eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Flanschelement 10 und dem Wellensegment 3 ermöglicht.
Wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Flanschelement 10 und dem Wellensegment 3 präferiert, so ist es denkbar, dass beispielsweise im Bereich des Sitzes 14 ein hier nicht gezeigtes Außengewinde erzeugt ist, welches in Eingriff mit einem Innengewinde (hier nicht gezeigt) des Rohrabschnittes 4 bringbar ist. Das Innengewinde des Rohrabschnittes 4 erstreckt sich vorteilhaft an der inneren Oberfläche des Rohrabschnittes 4 zumindest in dem Bereich, welcher später mit dem Sitz 14 des Flanschelementes 10 beim Zusammenbau einer gebauten Rotorwelle in Kontakt steht. Es ist jedoch auch denkbar, dass entlang der gesamten inneren Oberfläche des Rohrabschnittes 4 ein Innengewinde erzeugt ist. Das Gewinde 12, insbesondere das Innengewinde des Flanschelementes 10, welches in der Bohrung 11 zumindest abschnittsweise ausgebildet ist, dient vorteilhaft dazu die Rotorwelle 2, und folglich den Rotor 1 mit einem anzutreibenden Bauteil, wie einer Welle zu verbinden . Bei einer Anordnung von zwei Druckscheiben 30, 31 , wie in der Figur 2 gezeigt, ist es vorteilhaft denkbar, dass eine der Druckscheiben 30 an einem distalen Ende, an welchem beispielsweise einen Kragen 6 an dem Rohrabschnitt 4 ausgebildet ist, angeordnet ist, während eine andere der Druckschreibe 31 an einem anderen distalen Ende des Rohrabschnittes 4 angeordnet ist, welches dem distalen Ende gegenüberliegt, an dem beispielsweise der Kragen 6 ausgebildet ist. Beide Druckscheiben 30 und 31 spannen das Blechpakets 20 und insbesondere die einzelnen Blechpaketschreiben des Blechpaketes 20 axial zwischen ihnen ein, und dienen vorteilhaft zur axialen Verpressung der einzelnen Scheiben des Blechpaketen 20 miteinander. Vorteilhaft ist es denkbar, dass hier nicht gezeigte Rollierungen in den Setzbereichen der ersten Druckschreibe 30 sowie der zweiten Druckschreibe 31 auf der Rohraußenoberfläche 4.1 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 ausgebildet sind . Derartige Rollierungen sind vorteilhaft auch ausgebildet, wenn ein Kragen 6 am Rohrabschnitt 4 angeformt ist. Es ist auch denkbar, dass lediglich im Setzbereich der zweiten Druckschreibe 31 eine Rollierung auf der Rohraußenoberfläche 4.1 des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3 ausgebildet ist.
In den Figuren 3a bis 3c ist in unterschiedlichen Darstellungen eine Ausführungsform eines Wellensegmentes 3 und folglich eines ersten Rotorwellenbauteils 2.1 gezeigt. Das in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Wellensegment 3 dient vorteilhaft zur Herstellung einer erfindungsgemäßen gebauten Rotorwelle. Das Wellensegment 3 weist, wie bereits beschrieben, einen Rohrabschnitt 4 sowie einen Flanschabschnitt 5 auf. Der Rohrabschnitt 4 sowie der Flanschabschnitt 5 sind einstückig in einem Herstellungsverfahren erzeugt. Des Weiteren weist das Wellensegment 3 einen Kragen 6 auf, welcher sich an einem distalen Ende des Rohrabschnittes 4 radial nach außen erstreckt, der dem distalen Ende gegenüberliegt, an welchem der Flanschabschnitt 5 ausgebildet ist. Vorteilhaft ist der Rohrabschnitt 4, der Flanschabschnitt 5 sowie auch der Kragen 6 während eines Herstellungsschrittes, insbesondere eines Umformungsschrittes, besonders vorteilhaft während eines Zugdruckumformens ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass nach dem Umformen eines Rohres zu einem Wellensegment 3 aufweisend zumindest einen Rohrabschnitt 4 sowie einen Flanschabschnitt 5, der Kragen 6 mittels eines weiteren Umformverfahrens nachträglich erzeugt wird . Wie in den Figuren 3a bis 3c gezeigt, weist das Wellensegment 3 vorteilhaft eine Profilierung 40 auf. Die hier gezeigte Profilierung 40 ist besonders vorteilhaft in Form einer Mehrzahl an sich in Umfangsrichtung verteilt ausgebildeten Materialabflachungen oder auch Materialaussparung bzw. Vertiefungen ausgebildet. Diese Materialabflachungen, wobei eine erste Materialabflachung 41 sowie eine zweite Materialabflachung 42 in der linken Bilddarstellung und eine dritte Materialabflachung 43 und eine vierte Materialabflachung 44 in der rechten Bilddarstellung aufgezeigt sind, erstrecken sich vorteilhaft zumindest abschnittsweise in axialer Richtung entlang der Drehachse 60. Besonders vorteilhaft erstrecken sich die Materialabflachungen 41 , 42, 42, 44 entlang der Rohraußenoberfläche 4.1 des gesamten Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3. Vorteilhaft sind die Materialabflachungen 41, 42, 43, 44 in Umfangsrichtung betrachtet gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet.
In den Figuren 4a bis 4c ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle 2 gezeigt. Vorteilhaft weist die in den Figuren 4a bis 4c gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotorwelle 2 die in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes 3 auf. Zusätzlich zu dem in den Figuren 3a bis 3c gezeigten Wellensegment 3 weist die in den Figuren 4a bis 4c gezeigte Rotorwelle 2 ein Flanschelement 10 auf, welches vorteilhaft kraftschlüssig, formschlüssige und/oder stoffschlüssig mit dem Wellensegment 3 verbunden ist. Insbesondere in der Figur 4d ist die in den Figuren 4a bis 4c gezeigte Rotorwelle 2 mit einem auf dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3 angeordneten Blechpaket 20 gezeigt. Gemäß der Figur 4d wird verdeutlicht, wie eine Wechselwirkung zwischen der Profilierung 40 der Rotorwelle 2 und der Strukturierung 50 des Blechpaketes 20 bzw. der einzelnen Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20 stattfindet. Dabei ist vorteilhaft die Profilierung 40 in geometrischer Gestalt einer Materialabflachung, insbesondere einer Mehrzahl an Materialabflachungen 41 , 42, 43, 44 ausgebildet. Auch die Strukturierung 50 des Blechpaketes 20 ist in geometrischer Gestalt einer Materialabflachung, insbesondere einer Mehrzahl an Materialabflachungen 51, 52, 53, 54 ausgebildet, in deren Bereiche die Durchlassöffnung bzw. die Bohrung 20.1 des Blechpaketes 20 einen geringeren Durchmesser aufweist, als in den verbleibenden Bereichen der Bohrung 20.1. Aufgrund des Einbringens bzw. des Anordnens der Materialabflachungen 51 - 54 der Strukturierung 50 in oder auf die Materialabflachungen 41 bis 44 der Profilierung 40 entsteht ein Formschluss zwischen dem Blechpaket 20 und der Rotorwelle 2, insbesondere dem Rohrabschnitt 4 des Wellensegmentes 3, sodass eine prozesssichere Drehmomentübertragung zwischen dem Blechpaket 20 und der Rotorwelle 2 ermöglicht wird .
In den Figuren 5a bis 5c ist eine weitere Ausführungsform eines Wellensegmentes 3 einer erfindungsgemäßen Rotorwelle 2 gezeigt. Abweichend zu der in den Figuren 3a bis 3c gezeigten Ausführungsform eines Wellensegmentes 3 weist die in den Figuren 5a bis 5c gezeigte Ausführungsform eines Wellensegmentes 3 keinen Kragen 6 auf. Hierbei ist es denkbar, dass zur Anordnung des Blechpaketes 20, wie beispielsweise in den Figuren 1A bis ld gezeigt, die Rollierung in den jeweiligen Setzbereichen von zwei Druckscheiben 30, 31 , wie beispielsweise in der Figur 2 gezeigt, ausgebildet sind . Mit der Anordnung von zwei Druckscheiben wird vorteilhaft eine axiale Verpressung der Blechpaketscheiben des Blechpaketes 20 ermöglicht. Gleichzeitigt verhindern die Druckscheiben, wie auch der beispielsweise in den Figuren 3a bis 3c gezeigte Kragen 6 ein ungewolltes axiales Verschieben des Blechpaketes 20 entlang des Rohrabschnittes 4 des Wellensegmentes 3.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Rotorwelle
2.1 erstes Rotorwellenbauteil
2.2 zweites Rotorwellenbauteil
3 Wellensegment
4 Rohrabschnitt
4.1 Rohraußenoberfläche
4.2 Absatz
5 Flanschabschnitt
6 Kragen
7 Hohlraum
8 Buchung
9 Verschluss
10 Flanschelement
10.1 Fügeabschnitt
11 Bohrung
12 Gewinde
13 Anschlag
14 Sitz
20 Blechpaket
20.1 Bohrung/Durchlassöffnung
30 (erste) Druckscheibe
31 (zweite) Druckscheibe 30.1 Durchgangsbohrung
40 Profilierung
41 (erste) Materialabflachung
42 (zweite) Materialabflachung
43 (dritte) Materialabflachung
44 (vierte) Materialabflachung
50 Strukturierung
51 (erste) Materialabflachung
52 (zweite) Materialabflachung
53 (dritte) Materialabflachung
54 (vierte) Materialabflachung 60 Drehachse
A-A Schnitt A-A
B - B Schnitt B-B
C - C Schnitt C-C
D - D Schnitt D-D
E Ansichtsrichtung

Claims

Patentansprüche
Gebaute Rotorwelle (2) asymmetrischer Bauweise umfassend ausschließlich zwei Rotorwellenbauteile (2.1, 2.2), wobei ein erstes Rotorwellenbauteil (2.1) ein Wellensegment (3), aufweisend einen Rohrabschnitt (4) und einen Flanschabschnitt (5), ist und ein zweites Rotorwellenbauteil (2.2) ein Flanschelement (10) ist, wobei der Rohrabschnitt (4) eine Rohraußenoberfläche (4.1) mit einer Profilierung (40) aufweist.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Profilierung (40) wenigstens eine sich zumindest abschnittsweise in Längsrichtung des ersten Rotorwellenbauteils (2.1) erstreckende Materialaussparung oder Materialabflachung ist.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Profilierung (40) aus einer Mehrzahl an sich in Umfangsrichtung verteilt ausgebildeten Materialaussparungen oder Materialabflachungen besteht.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich jede der Mehrzahl an Materialaussparungen oder Materialabflachungen zumindest abschnittsweise in axialer Richtung des ersten Rotorwellenbauteils (2.1) gleichmäßig zueinander beabstandet erstrecken.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Materialaussparung oder jede der Mehrzahl an Materialaussparungen in Form einer Vertiefung, insbesondere in Form einer Nut ausgebildet ist.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest der Flanschabschnitt (4) oder das Flanschelement (10) als mediumdurchlässiger oder mediumundurchlässiger Flansch ausgebildet ist.
Gebaute Rotorwelle (2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Rotorwellenbauteil (2.1) einen Kragen aufweist, welcher sich an einem distalen Ende des Rohrabschnittes (4) in Umfangsrichtung nach außen erstreckt, welches einem distalen En- de gegenüberliegt, an dem der Flanschabschnitt (4) ausgebildet ist.
8. Rotor (1) einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor (1) eine gebaute Rotorwelle (2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüchen 1 bis 7 sowie zumindest ein auf dem Rohrabschnitt (4) angeordnetes Blechpaket (20) sowie wenigstens eine auf dem Rohrabschnitt (4) angeordnete Druckscheibe (30) aufweist.
9. Rotor (1) gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Blechpaket (20) eine Mehrzahl an Blechpaketescheiben aufweist, wobei jede der Blechpaketescheiben eine zur Profilierung (40) der Rotorwelle (2) korrespondierende Strukturierung (50) aufweist, wobei die Profilierung (40) der Rotorwelle (2) und die Strukturierung (50) der Blechpaketscheiben einen Formschluss bilden .
10. Rotor (1) gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Rohraußenoberfläche (4.1) zusätzlich eine Rollierung zumindest in einem Setzbereich der wenigstens einen Druckscheibe (30, 31)derart ausgebildet ist, dass zumindest eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Druckschreibe (30, 31) und dem Rohrabschnitt (4) erzeugt ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle (2) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- Umformen, insbesondere Zugdruckumformen eines Rohres zur Erzeugung des ersten Rotorwellenbauteils (2.1), aufweisend den Rohrabschnitt (4), den Flanschabschnitt (5) und die Profilierung (40),
- Bereitstellen eines Flanschelementes (10) als zweites Rotorwellenbauteil (2.2), und
- Verbinden des ersten Rotorwellenbauteils (2.1) mit dem zweiten Rotorwellenbauteil (2.2) zumindest mittels Formschluss, Kraftschluss oder Stoffschluss.
12. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist:
a) Bereitstellen einer gebauten Rotorwelle (2) gemäß Anspruch 1 bis 7, und
b) Aufschieben eines Blechpaketes (20) auf den Rohrabschnitt (4) derart, dass die Strukturierung (50) der Blechpaketscheiben des Blechpaketes (20) formschlüssig mit der Profilierung (40) des Rohrabschnittes (4) wechselwirken, wobei das Blechpaket (20) bis zu einem am Rohrabschnitt (4) ausgebildeten Kragen (6) oder bis zu einer auf dem Rohrabschnitt (4) angeordneten ersten Druckscheibe (30) aufgeschoben wird, und c) Aufschieben einer das Blechpaket (20) axial verspannenden Druckschreibe (30, 31), insbesondere einer zweiten Druckscheibe (31) auf den Rohrabschnitt (4) bis zu einer auf der Rohraußenoberfläche (4.1) des Rohrabschnittes (4) ausgebildeten Rollierung im Setzbereich der Druckscheibe (30, 31) derart, dass die Blechpaketscheiben axial zusammengepresst werden .
13. Verfahren gemäß Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
zeitlich vor dem Schritt a) eine erste Druckschreibe (30) auf den Rohrabschnitt zumindest bis zu einer auf der Rohraußenoberfläche (4.1) des Rohrabschnittes (4) ausgebildeten ersten Rollierung oder bis zu einem am Rohrabschnitt (4) ausgebildeten Kragen (6) aufgeschoben wird .
14. Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren die Schritte des Verfahrens gemäß Anspruch 11 zur Herstellung einer gebauten Rotorwelle (2) umfasst.
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