WO2022122076A1 - Axiale fixierung einer wellenkomponente einer elektrischen maschine - Google Patents

Axiale fixierung einer wellenkomponente einer elektrischen maschine Download PDF

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WO2022122076A1
WO2022122076A1 PCT/DE2021/100965 DE2021100965W WO2022122076A1 WO 2022122076 A1 WO2022122076 A1 WO 2022122076A1 DE 2021100965 W DE2021100965 W DE 2021100965W WO 2022122076 A1 WO2022122076 A1 WO 2022122076A1
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shaft
groove
axial
stop
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Julian UMLANDT
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies

Definitions

  • the present invention relates to a shaft system of an electrical machine, an electrical machine and a method for producing a shaft system.
  • shaft systems Depending on the function to be fulfilled, one requirement in shaft systems is the axial securing of shaft components on the shaft. This can be done in the axial direction via appropriate stops.
  • an axial stop in a shaft system is implemented via a shaft shoulder or a shaft flange. If shaft components have to be slid onto a section of the shaft up to such an axial stop, the use of a shaft nut, for example, as a second axial stop can also be regarded as known. In addition to the axial securing, an axial preload force can also be applied via the shaft nut. As an alternative, so-called snap rings are known, which are introduced into grooves and thus form an axial stop.
  • JP2016201896A describes a shaft system of an electrical machine, in which a rotor is mounted on a shaft, the rotor having a shaft flange or a shaft shoulder as an axial stop on one side. On the opposite side, a ring is mounted on the shaft as an axial stop. The assembly takes place via a transverse interference fit, which is realized through the characteristic shape of the ring in combination with axial pressing.
  • EP2154767B1 describes a shaft system of an electrical machine in which a rotor forms a shaft flange on one side as an axial stop.
  • An axial stop is realized on the opposite side by caulking a ring-shaped element into a circumferential groove of the shaft using a multi-part tool.
  • another requirement can be rotational security or the tangential bidirectional transmission of forces between the shaft and shaft components. According to the state of the art, this can be done, for example, by means of transverse press fits, grooves, profiled shafts and so-called splines.
  • DE2062419A1 shows a spline for rotationally securing laminated cores of a rotor.
  • Profile shafts with corresponding counter-profiles in the shaft components are described in JP60096164A2 and JP2014064409 A2.
  • a shaft system according to the preamble of claim 1 is known from EP2154767B1.
  • the object of the present invention is therefore to implement a shaft system that is as simple and inexpensive as possible for an electrical machine.
  • a shaft system has a shaft with a circumferential groove, a fixing device and a form-fitting connection.
  • the positive connection is realized by deforming the fixing device in the groove.
  • the fixing device forms a first axial stop for a shaft component.
  • the fixing device has a second axial stop.
  • the fixing device is tubular with a constant wall thickness in the area of the deformation.
  • areas of the fixing device provided for deformation are defined in their axial length such that correct deformation is possible in all axial installation situations on the shaft resulting from component tolerances.
  • the resulting greater length of the area provided for deformation has a positive effect on any axial deformation of the end faces of the fixing device.
  • the form-fitting connection is realized by a plurality of radial deformations of the fixing device in the groove, distributed in the circumferential direction.
  • deformations take place radially and partially, for example by means of appropriate metal dies.
  • a high number of deformations and an associated reduction in a force required for deformation is particularly advantageous since axial material expansion on the end faces of the fixing device is minimized and evenly distributed, particularly when these are designed as sleeves.
  • a second stop can be implemented in addition to the first stop, which can also be used as a stop surface for roller bearings, for example.
  • the process of introducing the deformation is also referred to as caulking.
  • the shaft has a first groove running around in the circumferential direction and a second groove running around in the circumferential direction.
  • the fixing device has a first fixing device and a second fixing device, which each have the form-fitting deformation, the first stop and the second stop.
  • the first fixing device has the first form-fitting connection at a first point on the shaft with the first groove.
  • the second fixing device has the second form-fitting connection at a second point on the shaft with the second groove.
  • a shaft component is arranged between the first axial stop of the first fixing device and the first axial stop of the second fixing device.
  • the first fixing device and the second fixing device are advantageously designed as identical components.
  • the fit of the first fixation device can be designed as an interference fit. This enables an exact axial positioning of the fixing device and thus also of the shaft component. There is preferably a slight clearance fit on the second fixing device. This reduces the assembly force and precise setting of an axial preload force is possible. Since the fixing devices are identical parts, the fit is set by selecting the outer diameter of the shaft accordingly.
  • the shaft component has a number of components.
  • the shaft component is advantageously a rotor stack of an electrical machine.
  • the rotor stack includes a first balancing disk and a first laminated core.
  • the rotor stack can contain further elements, such as further rotor stacks and a second balancing disk.
  • the balancing disc can advantageously be stamped from sheet metal.
  • the inner area of the balancing disk can be potted. This potting represents a spring element in the composite component and, in addition to component tolerances, can also compensate for an increasing preload force that can result from different thermal expansion coefficients of the individual components during operation.
  • an electrical machine includes a shaft system according to the aspect described above and the configurations described above.
  • a method for producing a shaft system preferably according to the aspect described above or its previously described configurations has the following steps: pushing the first fixing device onto the shaft up to a predetermined position such that the first fixing device is located above the first groove is; Deforming or caulking the first fixing device in the first groove, so that the first form-fitting connection is formed; Applying the wave component to the Wave; Sliding the second fixing device onto the shaft up to a predetermined position or until a predetermined axial prestressing force is reached in such a way that the second fixing device is located over the second groove; Deforming or caulking the second fixing device in the second groove, so that the second form-fitting connection is formed.
  • Figure 1 shows a perspective sectional view and a projection of the sectional view of the shaft system
  • Figure 2 is a top view of the shaft of the shaft system from Figure 1,
  • FIG. 3 shows a perspective sectional representation of a detail of the shaft system from FIG.
  • FIG. 4 shows a top view of a variant of the shaft system according to FIG.
  • FIG. 1 shows a perspective sectional view and a projection of the sectional view of the shaft system 1 from FIG. 1.
  • the shaft system 1 comprises a shaft 2 which has a first shaft section 2.1 and a second shaft section 2.2.
  • a shaft component 3 is applied to shaft 2 in the first section.
  • the shaft component 3 comprises a first balancing disk 3.1, a second balancing disk 3.2 and a first laminated core 3.3 and a second laminated core 3.4.
  • the balancing disks 3.1, 3.2 are potted so that coolant can be guided from a cooling system 4 via cooling channels 4.1 and associated bores 4.2 out of the shaft 1 in the direction of the laminated cores 3.3, 3.4.
  • Another advantage of the cupped design is the spring effect of the balancing disks 3.1, 3.2, whereby a defined axial prestressing force can be applied due to a characteristic spring characteristic in combination with the axial position of the second balancing disk 3.2 and tolerances due to thermal expansion can be compensated.
  • the first shaft section 2.1 comprises a profile 2.1.4 running in the axial direction and formed inwards in the radial direction, with a constant cross-section in a first region 2.1.1, which is open in the axial direction on one side of the shaft section in the direction of the second shaft section 2.2 , see also Figure 2.
  • the shaft component 3 is pushed onto the first shaft section from the direction of the second shaft section 2.2 and secured against rotation by means of a counter-profile corresponding to the constant cross section of the first area 2.1.1 and is designed to transmit forces bidirectionally in the circumferential direction from the shaft component 3 to the shaft 2 .
  • a second area 2.1.2 adjoins the first area 2.1.1, in which the profile 2.1 .4 has a taper 2.1 .4.2, which is illustrated in the representation of FIG.
  • first area 2.1.1 and the second area 2.1.2 there is a circumferential groove 2.1.3 which has a first groove flank 2.1.3.1 in the first area 2.1.1 and a second groove flank 2.1.3.2 in the second area 2.1. 2 trains. Due to the taper 2.1.4.2 (see Figure 3), the second groove flank 2.1.3.2 forms an axial stop of the profile 2.1.4 in the second area 2.1.2, or represents an axial stop for the corresponding counter-profile of the shaft component 3 In the present embodiment, this is realized by the first balancing disk 3.1 in cooperation with the second groove flank 2.1.3.2.
  • the fixing device 2.2.1 thus represents a stop in the second shaft section 2.2 in the axial direction for the shaft component 3.
  • the shaft 2 has a circumferential groove 2.2.3.
  • the fixing device 2.2.1 forms a positive connection 2.2.2 with the groove 2.2.3 by deformation 2.3 (see FIG. 3) of the fixing device 2.2.1 in the groove 2.2.3.
  • the fixing device 2.2.1 is designed as a sleeve made of a tubular material. In the embodiment shown, the material thickness is to be regarded as constant in the circumferential direction as well as in the axial direction, so that one can speak of a constant wall thickness.
  • the axial extent of the sleeve is chosen so that manufacturing tolerances, for example, of shaft 2 and shaft component 3 are compensated and thus the fixing device 2.2.1 is arranged over the groove 2.2.3 that the form-fitting connection 2.2.2 is reliable.
  • the fixing device 2.2.1 has a first axial stop 2.2.4.1 for the shaft component 3, in the specific embodiment for the second balancing disk 3.2, and a second axial stop 2.2.4.2, which is on the opposite side of the first axial stop 2.2.4.1 the fixing device 2.2.1 is arranged.
  • the second axial stop 2.2.4.2 serves as a stop for another shaft component, not shown.
  • the second shaft section 2.2 has a first fixing device 2.2.1.1 and a second fixing device 2.2.1.2.
  • the first fixing device 2.2.1.1 forms the first positive connection 2.2.2.1 at a first point on the shaft 2 with the first groove 2.2.3.1.
  • the second fixing device 2.2.1.2. forms the second positive connection at a second point of the shaft with the second groove 2.2.3.2
  • the further shaft component is then arranged between the fixing devices 2.2.1.1, 2.2.1.2.
  • this can be a bearing element or a rotational position sensor, for example.
  • Both fixing devices 2.2.1 .1, 2.2.1 .2 each have a first stop 2.2.4.1 and a second stop 2.2.4.2.
  • FIG. 2 shows a top view of the shaft 2 of the shaft system 1 from FIG.
  • the shaft 2 comprises two shaft sections 2.1 and 2.2.
  • the profile 2.1.4 which is pronounced in the axial direction, can be seen in the first shaft section 2.1.
  • the profile 2.1.4 will interrupted by radially circumferential cooling channels 4.1 of the cooling system 4, which allow a coolant flow via bores 4.2.
  • the taper 2.1.4.2 of the profile 2.1 .4 can be seen, located above the groove 2.1.3 in the plan view.
  • the taper 2.1.4.2 arises due to the manufacturing process of the profile webs 2.1.4.1, for example when a profile cutter is moved out.
  • the taper 2.1 .4.2 is designed as a reduction in the profile width in the circumferential direction and a reduction in the profile depth in the radial direction.
  • the first area 2.1.1 has a first addendum circle diameter of the shaft 2 and the second area 2.1.2 has a second addendum circle diameter of the shaft 2, the second addendum circle diameter being larger than the first addendum circle diameter.
  • the groove 2.1.3 forms a first groove flank 2.1 .3.1 in the first area 2.1.1 and a second groove flank 2.1.3.2 in the second area 2.1.2. Due to the taper 2.1.4.2, the second groove flank 2.1.3.2 forms an axial limitation of the profile 2.1.4 in the second area 2.1.2, or represents an axial stop for the corresponding counter-profile of the shaft component 3.
  • the larger tip circle diameter in the second area 2.1 .2 additionally increases the area of the axial stop.
  • FIG. 3 shows a perspective sectional view of a detail of the shaft system from FIG. 1 to clarify the assembly situation.
  • Figure 4 is a plan view of a variant of the shaft system 1 according to Figure 1 and Figure 2.
  • a first fixing device 2.2.1 .1 and a second fixing device 2.2.1 .2 are provided in the variant.
  • the first balancing disk 3.1 is at a first stop 2.2.4.1 of the first fixing device 2.2.1 .1.
  • the first fixing device 2.2.1 .1 forms a first positive connection 2.2.2.1 with a first groove 2.2.3.1 of the shaft 2 .
  • the first form- Coherent connection 2.2.2.1 is carried out via several radial deformations 2.3 of the first fixing device 2.2.1.1 in the first groove 2.2.3.1.
  • the second balancing disk 3.2 is against a first stop 2.2.4.1 of the second fixing device 2.2.1.2.
  • the second fixing device 2.2.1.2 forms a second positive connection 2.2.2.2 with a second groove 2.2.3.2 of the shaft 2.
  • the second form-fitting connection 2.2.2.2 is implemented via a number of radial deformations 2.3 of the second fixing device 2.2.1.2 in the second groove 2.2.3.2.
  • Both fixing devices 2.2.1.1, 2.2.1.2 have a first stop 2.2.4.1 and a second stop 2.2.4.2.
  • the fixing devices 2.2.1.1, 2.2.1.2 are each designed as a sleeve made of a tubular material.
  • the material thickness is to be regarded as constant in the circumferential direction as well as in the axial direction, so that one can speak of a constant wall thickness.
  • the first fixing device 2.2.1.1 is pushed on until a predetermined position is reached.
  • the first fixing device 2.2.1.1 is arranged over the first groove 2.2.3.1 in such a way that a first positive connection 2.2.2.1 is formed by means of a deformation 2.3 of the fixing device 2.2.1.1 in the first groove 2.2.3.1.
  • the shaft component 3 is pushed onto the shaft 2 .
  • the second fixing device 2.2.1.2 is then pushed up to a predetermined position or until a predetermined axial prestressing force is reached, so that the second fixing device 2.2.1 .2 is arranged over the second groove 2.2.3.2 in such a way that by means of a deformation 2.3 of Fixing device 2.2.1 .2 in the second groove 2.2.3.2 a second positive connection 2.2.2.2 is formed.
  • List of reference symbols shaft system shaft first shaft section first area second area groove first groove flank second groove flank profile profile track tapering second shaft section fixing device first fixing device second fixing device positive connection first positive connection second positive connection groove first groove second groove first stop second stop Deformation of shaft component first balancing disc second balancing disc first laminated core second Laminated core cooling system cooling duct 4.2 drilling

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Abstract

Ein Wellensystem (1 ) weist eine Welle (2) mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (2.1.3), eine Fixiereinrichtung (2.1.1 ) und, eine formschlüssige Verbindung (2.2.2) durch eine Verformung (2.3) der Fixiereinrichtung (2.2.1 ) in die Nut (2.1.3) auf. Die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) bildet einen ersten axialen Anschlag (2.2.4.1 ) für eine Wellenkomponente (3) aus. Die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) weist einen zweiten axialen Anschlag (2.2.4.2) auf. Weiterhin werden eine elektrische Maschine mit dem Wellensystem (1 ) sowie ein Verfahren zur Herstellung des Wellensystems (1 ) offenbart.

Description

Axiale Fixierung einer Wellenkomponente einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellensystem einer elektrischen Maschine, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Wellensystems.
In Wellensystemen ist je nach zu erfüllender Funktion eine Anforderung die axiale Sicherung von Wellenkomponenten auf der Welle. Dies kann in axialer Richtung über entsprechende Anschläge erfolgen.
Insbesondere mit Bezug zu elektrischen Maschinen ist allgemein als Stand der Technik anzusehen, dass ein axialer Anschlag in einem Wellensystem über eine Wellenschulter oder einen Wellenflansch realisiert ist. Müssen Wellenkomponenten auf einen Abschnitt der Welle bis zu einem derartigen axialen Anschlag aufgeschoben werden, so ist die Verwendung bspw. einer Wellenmutter als zweiter axialer Anschlag ebenso als bekannt anzusehen. Über die Wellenmutter kann zusätzlich zur axialen Sicherung auch eine axiale Vorspannkraft aufgebracht werden. Alternativ sind sogenannte Sprengringe bekannt, die in Nuten eingebracht werden und so einen axialen Anschlag ausbilden.
Die JP2016201896A beschreibt ein Wellensystem einer elektrischen Maschine, bei dem ein Rotor auf einer Welle moniert ist, wobei der Rotor auf einer Seite einen Wellenflansch beziehungsweise eine Wellenschulter als axialen Anschlag aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Ring als axialer Anschlag auf der Welle montiert. Die Montage erfolgt dabei über einen Querpressverband, der durch die charakteristische Form des Rings in Kombination mit axialem Aufpressen realisiert ist.
Die EP2154767B1 beschreibt ein Wellensystem einer elektrischen Maschine, bei der ein Rotor auf einer Seite einen Wellenflansch als axialen Anschlag ausbildet. Auf der gegenüberliegenden Seite wird ein axialer Anschlag realisiert, indem ein ringförmiges Element mittels eines mehrteiligen Werkzeugs in eine umlaufende Nut der Welle ver- stemmt wird. Neben der axialen Sicherung kann eine weitere Anforderung die rotative Sicherung beziehungsweise das tangentiale bidirektionale Übertragen von Kräften zwischen Welle und Wellenkomponenten sein. Dies kann gemäß Stand der Technik beispielsweise durch Querpressverbände, Nuten, Profilwellen sowie sog. Passverzahnungen erfolgen.
Die DE2062419A1 zeigt eine Passverzahnung zur rotativen Sicherung von Blechpaketen eines Rotors. In der JP60096164A2 sowie der JP2014064409 A2 sind Profilwellen mit entsprechenden Gegenprofilen in den Wellenkomponenten beschrieben.
Den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen ist gemeinsam, dass zur Herstellung eines Wellensystems ein wesentlicher Kostenfaktor in der Realisierung der axialen Anschläge sowie der rotativen Sicherung liegt. Entweder bedarf es hoher Fertigungsaufwände oder es muss zu aufwändigen Montagevorrichtungen gegriffen werden.
Ein Wellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist aus der EP2154767B1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein möglichst einfaches und kostengünstiges Wellensystem für eine elektrische Maschine umzusetzen.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt weist ein Wellensystem eine Welle mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Nut, eine Fixiereinrichtung sowie eine formschlüssige Verbindung auf. Die formschlüssige Verbindung ist durch eine Verformung der Fixiereinrichtung in die Nut realisiert. Die Fixiereinrichtung bildet einen ersten axialen Anschlag für eine Wellenkomponente aus. Die Fixiereinrichtung weist dabei einen zweiten axialen Anschlag auf.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Fixiereinrichtung rohrförmig mit im Bereich der Verformung konstanter Wandungsdicke ausgebildet. Insbesondere sind für Verformung vorgesehenen Bereiche der Fixiereinrichtung in ihrer axialen Länge derart definiert, dass eine korrekte Verformung in allen sich durch Bauteiltoleranzen ergebenden axialen Einbausituationen auf der Welle möglich ist. Die sich daraus ergebende größere Länge des für Verformung vorgesehenen Bereichs wirkt sich positiv auf etwaige axiale Verformung der Stirnflächen der Fixiereinrichtung aus.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die formschlüssige Verbindung durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte, radiale Verformungen der Fixiereinrichtung in die Nut realisiert.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Verformungen radial und partiell erfolgen, beispielsweise durch entsprechende Metallstempel. Eine hohe Anzahl von Verformungen und eine damit verbundene Reduzierung einer zur Verformung notwendigen Kraft ist besonders vorteilhaft, da eine axiale Materialausdehnung an den Stirnflächen der Fixiereinrichtung minimiert und gleichmäßig verteilt wird, insbesondere dann, wenn diese als Hülsen ausgeführt sind. Durch eine Minimierung dieser axialen Verformung kann neben dem ersten Anschlag ein zweiter Anschlag realisiert werden, der auch als Anschlagfläche für beispielsweise Wälzlager nutzbar ist. Der Vorgang des Einbringens der Verformung wird auch als Verstemmen bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Welle eine in Umfangsrichtung umlaufende erste Nut und eine in Umfangsrichtung umlaufende zweite Nut auf. Weiter weist die Fixiereinrichtung eine erste Fixiereinrichtung und eine zweite Fixiereinrichtung auf, die jeweils die formschlüssige Verformung, den ersten Anschlag und den zweiten Anschlag aufweisen. Dabei weist die erste Fixiereinrichtung an einer ersten Stelle der Welle mit der ersten Nut die erste formschlüssige Verbindung auf. Weiter weist die zweite Fixiereinrichtung an einer zweiten Stelle der Welle mit der zweiten Nut die zweite formschlüssige Verbindung auf. Eine Wellenkomponente ist hierbei zwischen dem ersten axialen Anschlag der ersten Fixiereinrichtung und dem ersten axialen Anschlag der zweiten Fixiereinrichtung angeordnet.
Vorteilhafterweise sind die erste Fixiereinrichtung und die zweite Fixiereinrichtung als Gleichbauteile ausgebildet. Die Passung der ersten Fixiereinrichtung kann als Übermaßpassung ausgelegt werden. Hierdurch wir eine exakte axiale Positionierung der Fixiereinrichtung und damit auch der Wellenkomponente ermöglicht. An der zweiten Fixiereinrichtung liegt bevorzugt eine leichte Spielpassung vor. Dies reduziert die Montagekraft und ein genaues Einstellen einer axialen Vorspannkraft ist möglich. Da es sich bei den Fixiereinrichtung um Gleichteile handelt, wird die Passung über entsprechende Wahl der Außendurchmesser der Welle eingestellt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Wellenkomponente mehrere Bauteile auf.
Vorteilhafterweise ist die Wellenkomponente ein Rotorpaket einer elektrischen Maschine. Das Rotorpaket umfasst dabei eine erste Wuchtscheibe sowie ein erstes Blechpaket. Insbesondere kann das Rotorpaket weitere Elemente, wie weitere Rotorpakete sowie eine zweite Wuchtscheibe beinhalten.
Die Wuchtscheibe kann vorteilhafterweise aus Blech gestanzt werden. Der Innenbereich der Wuchtscheibe kann getopft gestaltet sein. Diese Topfung stellt im Bauteilverbund ein Federelement dar und kann neben Bauteiltoleranzen auch eine größer werdende Vorspannkraft kompensieren, die sich durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten im Betrieb ergeben kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine elektrische Maschine ein Wellensystem gemäß dem zuvor beschriebenen Aspekt und den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zur Herstellung eines Wellensystems vorzugsweise gemäß dem zuvor beschriebenem Aspekt oder dessen zuvor beschriebenen Ausgestaltungen die folgenden Schritte auf: Aufschieben der ersten Fixiereinrichtung auf die Welle bis zu einer vorbestimmten Position derart, dass die erste Fixiereinrichtung über der ersten Nut befindlich ist; Verformen beziehungsweise Verstemmen der ersten Fixiereinrichtung in die erste Nut, so dass die erste formschlüssigen Verbindung ausgebildet ist; Aufbringen der Wellenkomponente auf die Welle; Aufschieben der zweiten Fixiereinrichtung auf die Welle bis zu einer vorbestimmten Position oder bis zur Erreichung einer vorbestimmten axialen Vorspannkraft derart, dass die zweite Fixiereinrichtung über der zweiten Nut befindlich ist; Verformen beziehungsweise Verstemmen der zweiten Fixiereinrichtung in die zweite Nut, so dass die zweite formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Schnittdarstellung sowie eine Projektion der Schnittdarstellung des Wellensystems,
Figur 2 eine Aufsicht auf die Welle des Wellensystems aus Figur 1 ,
Figur 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Details des Wellensystems, aus Figur, und
Figur 4 eine Aufsicht auf eine Variante des Wellensystems nach Figur 1 .
Nachfolgend erfolgt die Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung sowie eine Projektion der Schnittdarstellung des Wellensystems 1 aus Figur 1. Das Wellensystem 1 umfasst eine Welle 2, welche einen ersten Wellenabschnitt 2.1 und einen zweiten Wellenabschnitt 2.2 aufweist.
In dem ersten Abschnitt ist eine Wellenkomponente 3 auf die Welle 2 aufgebracht. Die Wellenkomponente 3 umfasst dabei eine erste Wuchtscheibe 3.1 , eine zweite Wuchtscheibe 3.2 sowie ein erstes Blechpaket 3.3 und ein zweites Blechpaket 3.4. Die Wuchtscheiben 3.1 , 3.2 sind getopft ausgeführt, so dass Kühlmittel aus einem Kühlsystem 4 über Kühlkanäle 4.1 und zugehörige Bohrungen 4.2 aus der Welle 1 in Richtung der Blechpakete 3.3, 3.4 geführt werden kann. Ein weiterer Vorteil der getopften Ausführung ist in einer Federwirkung der Wuchtscheiben 3.1 , 3.2 zu sehen, wodurch aufgrund einer charakteristischen Federkennlinie in Kombination mit der axialen Position der zweiten Wuchtscheibe 3.2 eine definierte axiale Vorspannkraft aufgebracht sowie Toleranzen aufgrund thermischer Ausdehnung ausgeglichen werden können. Der erste Wellenabschnitt 2.1 umfasst ein in axialer Richtung verlaufendes, in radialer Richtung nach innen ausgebildetes Profil 2.1.4 mit einem in einem ersten Bereich 2.1.1 konstanten Querschnitt, welches auf einer Seite des Wellenabschnitts in Richtung des zweiten Wellenabschnitts 2.2 in axialer Richtung offen ist, siehe auch Figur 2.
Die Wellenkomponente 3 ist auf den ersten Wellenabschnitt aus Richtung des zweiten Wellenabschnitt 2.2 aufgeschoben und mittels eines zum konstanten Querschnitt des ersten Bereichs 2.1.1 korrespondierenden Gegenprofils gegen Rotation gesichert und dazu ausgebildet, Kräfte in Umfangsrichtung bidirektional von der Wellenkomponente 3 zu der Welle 2 zu übertragen.
An den ersten Bereich 2.1.1 schließt sich ein zweiter Bereich 2.1.2 an, in dem das Profil 2.1 .4 eine Verjüngung 2.1 .4.2 aufweist, welche in der Darstellung von Figur 3 verdeutlicht ist.
Zwischen dem erstem Bereich 2.1.1 und dem zweiten Bereich 2.1.2 ist eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut 2.1.3 eingebracht, die eine erste Nutflanke 2.1.3.1 im ersten Bereich 2.1.1 und eine zweite Nutflanke 2.1.3.2 im zweiten Bereich 2.1.2 ausbildet. Aufgrund der Verjüngung 2.1.4.2 (siehe Figur 3) bildet die zweite Nutflanke 2.1.3.2 einen axialen Anschlag des Profils 2.1.4 im zweiten Bereich 2.1.2 aus, beziehungsweise stellt einen axialen Anschlag für das korrespondierende Gegenprofil der Wellenkomponente 3 dar. In der vorliegenden Ausführungsform ist dies durch die erste Wuchtscheibe 3.1 im Zusammenwirken mit der zweiten Nutflanke 2.1.3.2 realisiert.
Auf der der ersten Wuchtscheibe 3.1 gegenüberliegenden Seite steht die zweite Wuchtscheibe 3.2 an einer Fixiereinrichtung 2.2.1 an. Die Fixiereinrichtung 2.2.1 stellt somit einen Anschlag im zweiten Wellenabschnitt 2.2 in axialer Richtung für die Wellenkomponente 3 dar.
Im Bereich des zweiten Wellenabschnitts 2.2 weist die Welle 2 eine umlaufende Nut 2.2.3 auf. Die Fixiereinrichtung 2.2.1 bildet mit der Nut 2.2.3 durch Verformung 2.3 (siehe Figur 3) der Fixiereinrichtung 2.2.1 in die Nut 2.2.3 eine formschlüssige Verbindung 2.2.2 aus. Die Fixiereinrichtung 2.2.1 ist als Hülse aus einem rohrförmigen Material ausgeführt. Die Materialstärke ist in der gezeigten Ausführungsform als konstant in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung anzusehen, so dass von einer konstanten Wandungsdicke gesprochen werden kann. Die axiale Erstreckung der Hülse ist dabei so gewählt, dass Fertigungstoleranzen beispielsweise von Welle 2 und Wellenkomponente 3 kompensiert werden und somit die Fixiereinrichtung 2.2.1 derart über der Nut 2.2.3 angeordnet ist, dass die formschlüssige Verbindung 2.2.2 zuverlässig erfolgt.
Die Fixiereinrichtung 2.2.1 weist einen ersten axialen Anschlag 2.2.4.1 für die Wellenkomponente 3, in der konkreten Ausführung für die zweite Wuchtscheibe 3.2 auf, sowie einen zweiten axialen Anschlag 2.2.4.2, welcher auf der dem ersten axialen Anschlag 2.2.4.1 gegenüberliegenden Seite der Fixiereinrichtung 2.2.1 angeordnet ist. Der zweite axiale Anschlag 2.2.4.2 dient dabei als Anschlag für eine weitere nicht dargestellte Wellenkomponente.
Ist die weitere Wellenkomponente axial zu fixieren, so sind im zweiten Wellenabschnitt
2.2 eine erste Nut 2.2.3.1 sowie eine zweite Nut 2.2.3.2 in die Welle 2 eingebracht. Weiter weist der zweite Wellenabschnitt 2.2 eine erste Fixiereinrichtung 2.2.1.1 und eine zweite Fixiereinrichtung 2.2.1.2 auf. Die erste Fixiereinrichtung 2.2.1.1 bildet dabei an einer ersten Stelle der Welle 2 mit der ersten Nut 2.2.3.1 die erste formschlüssige Verbindung 2.2.2.1 aus. Die zweite Fixiereinrichtung 2.2.1.2. bildet en einer zweiten Stelle der Welle mit der zweiten Nut 2.2.3.2 die zweite formschlüssige Verbindung
2.2.2.2 aus. Zwischen den Fixiereinrichtungen 2.2.1.1 , 2.2.1.2 ist dann die weitere Wellenkomponente angeordnet. In einer Variante der Ausführungsform kann dies beispielsweise ein Lagerelement oder ein Rotationslagesensor sein.
Beide Fixiereinrichtungen 2.2.1 .1 , 2.2.1 .2 weisen dabei jeweils einen ersten Anschlag 2.2.4.1 und einen zweiten Anschlag 2.2.4.2 auf.
Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die Welle 2 des Wellensystems 1 aus Figur 1 .
Die Welle 2 umfasst zwei Wellenabschnitte 2.1 und 2.2. Im ersten Wellenabschnitt 2.1 ist das in axialer Richtung ausgeprägte Profil 2.1.4 ersichtlich. Das Profil 2.1.4 wird durch radial umlaufende Kühlkanäle 4.1 des Kühlsystems 4 unterbrochen, welche über Bohrungen 4.2 einen Kühlmittelfluss ermöglichen.
Im zweiten Wellenabschnitt 2.2, welcher unmittelbar an den ersten Wellenabschnitt 2.1 anschließt, sind die erste Nut 2.2.3.1 und die zweite Nut 2.2.3.2 ersichtlich.
Im zweiten Bereich 2.1.2 des ersten Wellenabschnitts 2.1 ist die Verjüngung 2.1.4.2 des Profils 2.1 .4 ersichtlich, in der Aufsicht oberhalb der Nut 2.1.3 befindlich. Die Verjüngung 2.1.4.2 entsteht aufgrund des Fertigungsprozesses der Profilbahnen 2.1.4.1 beispielsweise beim Herausfahren eines Profilfräsers. Insbesondere ist die Verjüngung 2.1 .4.2 als eine Verringerung der Profilbreite in Umfangsrichtung sowie eine Verringerung der Profiltiefe in radialer Richtung ausgebildet.
Weiter weist der erste Bereich 2.1.1 einen ersten Kopfkreisdurchmesser der Welle 2 und der zweite Bereich 2.1.2 einen zweiten Kopfkreisdurchmesser der Welle 2 auf, wobei der zweite Kopfkreisdurchmesser größer ist als der erste Kopfkreisdurchmesser.
Die Nut 2.1.3 bilde eine erste Nutflanke 2.1 .3.1 im ersten Bereich 2.1.1 sowie eine zweite Nutflanke 2.1.3.2 im zweiten Bereich 2.1.2 aus. Aufgrund der Verjüngung 2.1.4.2 bildet die zweite Nutflanke 2.1.3.2 eine axiale Begrenzung des Profils 2.1.4 im zweiten Bereich 2.1.2 aus, beziehungsweise stellt einen axialen Anschlag für das korrespondierende Gegenprofil der Wellenkomponente 3 dar. Der größere Kopfkreisdurchmesser im zweiten Bereich 2.1.2 vergrößert dabei zusätzlich die Fläche des axialen Anschlags.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung eines Details des Wellensystems aus Figur 1 zur Verdeutlichung der Zusammenbausituation.
Figur 4 eine Aufsicht auf eine Variante des Wellensystems 1 nach Figur 1 und Figur 2. Zur axialen Fixierung der Wellenkomponente 3 sind in der Variante eine erste Fixiereinrichtung 2.2.1 .1 und eine zweite Fixiereinrichtung 2.2.1 .2 vorgesehen. Hierbei steht die erste Wuchtscheibe 3.1 an einen ersten Anschlag 2.2.4.1 der ersten Fixiereinrichtung 2.2.1 .1 an. Die erste Fixiereinrichtung 2.2.1 .1 bildet eine erste formschlüssige Verbindung 2.2.2.1 mit einer ersten Nut 2.2.3.1 der Welle 2 aus. Die erste form- schlüssige Verbindung 2.2.2.1 ist dabei über mehrere radiale Verformungen 2.3 der ersten Fixiereinrichtung 2.2.1.1 in die erste Nut 2.2.3.1 ausgeführt.
Die zweite Wuchtscheibe 3.2 steht an einen ersten Anschlag 2.2.4.1 der zweiten Fixiereinrichtung 2.2.1.2 an. Die zweite Fixiereinrichtung 2.2.1.2 bildet eine zweite formschlüssige Verbindung 2.2.2.2 mit einer zweiten Nut 2.2.3.2 der Welle 2 aus. Die zweite formschlüssige Verbindung 2.2.2.2 ist dabei über mehrere radiale Verformungen 2.3 der zweiten Fixiereinrichtung 2.2.1.2 in die zweite Nut 2.2.3.2 ausgeführt.
Beide Fixiereinrichtungen 2.2.1.1 , 2.2.1.2 weisen einen ersten Anschlag 2.2.4.1 und einen zweiten Anschlag 2.2.4.2 auf.
Die Fixiereinrichtungen 2.2.1.1 , 2.2.1.2 sind jeweils als Hülse aus einem rohrförmigen Material ausgeführt. Die Materialstärke ist in der vorliegenden Ausführungsform als konstant in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung anzusehen, so dass von einer konstanten Wandungsdicke gesprochen werden kann.
Bei der Herstellung der dargestellten Variante des Wellensystems 1 wird die erste Fixiereinrichtung 2.2.1.1 aufgeschoben, bis eine vorbestimmte Position erreicht ist. Dabei ist die erste Fixiereinrichtung 2.2.1.1 derart über der ersten Nut 2.2.3.1 angeordnet, dass mittels einer Verformung 2.3 der Fixiereinrichtung 2.2.1.1 in die erste Nut 2.2.3.1 eine erste formschlüssige Verbindung 2.2.2.1 ausgebildet ist. Anschließend wird die Wellenkomponente 3 auf die Welle 2 aufgeschoben. Die zweite Fixiereinrichtung 2.2.1.2 wird anschließend bis zu einer vorbestimmten Position oder bis zur Erreichung einer vorbestimmten axialen Vorspannkraft aufgeschoben, so dass die zweite Fixiereinrichtung 2.2.1 .2 derart über der zweiten Nut 2.2.3.2 angeordnet ist, dass mittels einer Verformung 2.3 der Fixiereinrichtung 2.2.1 .2 in die zweite Nut 2.2.3.2 eine zweite formschlüssige Verbindung 2.2.2.2 ausgebildet ist. Bezuqszeichenliste Wellensystem Welle erster Wellenabschnitt erster Bereich zweiter Bereich Nut erste Nutflanke zweite Nutflanke Profil Profilbahn Verjüngung zweiter Wellenabschnitt Fixiereinrichtung erste Fixiereinrichtung zweite Fixiereinrichtung formschlüssige Verbindung erste formschlüssige Verbindung zweite formschlüssige Verbindung Nut erste Nut zweite Nut erster Anschlag zweiter Anschlag Verformung Wellenkomponente erste Wuchtscheibe zweite Wuchtscheibe erstes Blechpaket zweites Blechpaket Kühlsystem Kühlkanal 4.2 Bohrung

Claims

Ansprüche
1. Wellensystem (1 ), aufweisend: eine Welle (2) mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Nut (2.1.3), eine Fixiereinrichtung (2.2.1 ), eine formschlüssige Verbindung (2.2.2), die durch eine Verformung (2.3) der Fixiereinrichtung (2.2.1 ) in die Nut (2.1.3) ausgebildet ist, wobei die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) einen ersten axialen Anschlag (2.2.4.1 ) für eine Wellenkomponente (3) ausbildet, gekennzeichnet dadurch, dass die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) einen zweiten axialen Anschlag (2.2.4.2) aufweist.
2. Wellensystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) rohrförmig mit konstanter Wandungsdicke im Bereich der Verformung (2.3) ausgebildet ist.
3. Wellensystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die formschlüssige Verbindung (2.2.2) durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte radiale Verformungen (2.3) der Fixiereinrichtung (2.2.1 ) in die Nut (2.2.3) realisiert ist.
4. Wellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Welle (2) eine in Umfangsrichtung umlaufende erste Nut (2.2.3.1 ) und eine in Umfangsrichtung umlaufende zweite Nut (2.2.3.2) aufweist, die Fixiereinrichtung (2.2.1 ) eine erste Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) und eine zweite Fixiereinrichtung (2.2.1 .2) aufweist, von denen jede die formschlüssige Verbindung (2.2.2), den ersten Anschlag (2.2.4.1 ) und den zweiten Anschlag (2.2.4.2) aufweist, die erste Fixiereinrichtung (2.2.1 .1 ) an einer ersten Stelle der Welle (2) mit der ersten Nut (2.2.3.1 ) die erste formschlüssige Verbindung (2.2.2.1 ) aufweist, und die zweite Fixiereinrichtung (2.2.1 .2) an einer zweiten Stelle der Welle (2) mit der zweiten Nut (2.2.3.2) die zweite formschlüssige Verbindung (2.2.2.2) aufweist, wobei die Wellenkomponente (3) zwischen dem ersten axialen Anschlag (2.2.4.1 ) der ersten Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) und dem ersten axialen Anschlag (2.2.4.1 ) der zweiten Fixiereinrichtung (2.2.1.2) angeordnet ist.
5. Wellensystem (1 ) nach Anspruch 4, wobei die erste Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) und die zweite Fixiereinrichtung (2.2.1.2) als Gleichbauteile ausgebildet sind.
6. Wellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wellenkomponente (3) mehrere Bauteile aufweist.
7. Wellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wellenkomponente (3) ein Rotorpaket einer elektrischen Maschine ist, umfassend eine erste Wuchtscheibe (3.1 ) und ein erstes Blechpaket (3.3).
8. Elektrische Maschine mit einem Wellensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren zur Herstellung eines Wellensystems (1 ), folgende Schritte aufweisend:
Aufschieben einer ersten Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) auf eine eine in Umfangsrichtung umlaufende erste Nut (2.2.3.1 ) und eine in Umfangsrichtung umlaufende zweite Nut (2.2.3.2) aufweisenden Welle (2) bis zu einer vorbestimmten Position derart, dass die erste Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) über der ersten Nut (2.2.3.1) befindlich ist,
Verstemmen der ersten Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) in die erste Nut (2.2.3.1 ) derart, dass eine erste formschlüssige Verbindung (2.2.2.1 ) ausgebildet wird,
Aufbringen einer Wellenkomponente (3) auf die Welle (2),
Aufschieben einer zweiten Fixiereinrichtung (2.2.1 .2) auf die Welle (2) bis zu einer vorbestimmten Position oder bis zur Erreichung einer vorbestimmten axialen Vorspannkraft derart, dass die zweite Fixiereinrichtung (2.2.1 .2) über der zweiten Nut (2.2.3.2) befindlich ist,
Verstemmen der zweiten Fixiereinrichtung (2.2.1.2) in die zweite Nut (2.2.3.2) derart, dass eine zweite formschlüssige Verbindung (2.2.2.2) ausgebildet wird, wobei die vorhergehenden Schritte derart durchgeführt werden, dass die Wellenkomponente (3) zwischen einem ersten axialen Anschlag (2.2.4.1 ) der ersten Fixiereinrichtung (2.2.1.1 ) und einem ersten axialen Anschlag (2.2.4.1) der zweiten Fixiereinrichtung (2.2.1.2) angeordnet ist.
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