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Die Erfindung betrifft einen Rotorträger für eine elektrische Maschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu Herstellung eines Rotorträgers gemäß Anspruch 6.
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Rotorträger für elektrische Maschinen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Eine elektrische Maschine weist einen Stator und einen in diesem drehbar gelagerten Rotor auf, wobei eine elektromagnetische Kopplung zwischen Rotor und Stator herstellbar ist, die bewirkt, dass entweder der elektrischen Maschine zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, oder dass der elektrischen Maschine zugeführte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die elektrische Maschine arbeitet also entweder als Motor oder als Generator. Dabei ist es möglich, dass die gleiche elektrische Maschine je nach Betriebsart sowohl als Motor als auch als Generator eingesetzt wird. Dies ist beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt, wo es insbesondere im Bereich der Hybridfahrzeuge beziehungsweise der rein elektrisch betriebenen Fahrzeuge möglich ist, dass dieselbe elektrische Maschine als Motor elektrische Leistung in Antriebsleistung umsetzt, wobei sie in einem anderen Betriebszustand Bremsenergie im Wege der sogenannten Rekuperation zurückgewinnen und in elektrische Energie umwandeln kann. Der Rotor einer elektrischen Maschine umfasst typischerweise einen Rotorträger mit einem Trägertopf, welcher der Halterung von mindestens einem magnetischen Element dient. Dabei ist das magnetische Element bevorzugt als Blechpaket ausgebildet, welches je nach Betriebsweise beziehungsweise Bauart der elektrischen Maschine mit mindestens einer elektrischen Wicklung oder mit mindestens einem Permanentmagnet versehen ist. Vorzugsweise sind – in Umfangsrichtung gesehen – in konstantem Winkelabstand mehrere Wicklungen oder Permanentmagnete vorgesehen. Das mindestens eine magnetische Element kann an einer äußeren Umfangswandung des Trägertopfes oder auch an einer Innenwandung desselben vorgesehen sein. Der Trägertopf weist eine Nabe zur Lagerung einer Antriebswelle auf.
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Gerade im Automobilbereich ist es wichtig, dass eine elektrische Maschine zugleich leicht, das heißt insbesondere dünnwandig, und mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Von größter Bedeutung ist es darüber hinaus, dass die Teile der elektrischen Maschine mit hoher Präzision, großer Maßhaltigkeit und geringer Toleranz sowie geringem Spiel gefertigt sind. Bereits kleine Abweichungen in einem vorherbestimmten Spaltmaß zwischen Rotor und Stator, die gegebenenfalls sogar noch entlang des Umfangs variieren, können zu erheblichen Leistungseinbußen von 30% und mehr der Nennleistung der elektrischen Maschine führen. Auch Unwuchten führen zu entsprechenden Leistungseinbußen. Insbesondere Toleranzen und toleranzbedingte Unwuchten führen außerdem dazu, dass die Leistung einzelner, in Serie gefertigter elektrischer Maschinen über die gesamte Serie betrachtet stark schwankt. Um die Auswirkung von Toleranzen und Spiel zu verringern, ist bevorzugt vorgesehen, die elektrische Maschine aus so wenig Teilen wie möglich zu fügen, insbesondere also so viele Teile wie möglich einstückig herzustellen.
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Aus der
DE 103 58 456 A1 sowie aus der
DE 10 2010 010 269 A1 ist es bereits bekannt, einen Rotorträger für eine elektrische Maschine einstückig durch Drückwalzen herzustellen. Dabei wird dem Drückwalzverfahren gemäß der technischen Lehre der
DE 10 2010 010 269 A1 ein Blechhalbzeug als Ausgangsmaterial zugrunde gelegt. Dies führt im Allgemeinen entweder zu einer nur geringen mechanischen Belastbarkeit des Rotorträgers, wenn dieser dünnwandig und entsprechend leicht ausgebildet ist, oder es führt zu einem vergleichsweise dickwandig ausgebildeten und schweren Rotorträger, wenn dieser mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Gemäß der Lehre der
DE 103 58 456 A1 wird lediglich festgestellt, dass der Rotorträger aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird.
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Darüber hinaus zeigt sich, dass bei den bekannten Rotorträgern eine Antriebswelle stets nur im Bereich einer Nabe des Rotorträgers gelagert beziehungsweise unterstützt ist. Daher ist es möglich, dass Unwuchten entstehen, insbesondere wenn die Welle nicht perfekt axial zu dem Rotorträger ausgerichtet ist. Hierdurch können sich erhebliche Leistungseinbußen der elektrischen Maschine sowie Serienschwankungen in der Leistung ergeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotorträger und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei Leistungseinbußen und insbesondere auch Leistungsschwankungen einer elektrischen Maschine beziehungsweise einer Serie von elektrischen Maschinen, in welcher der Rotorträger eingesetzt wird, deutlich reduziert beziehungsweise nach Möglichkeit vermieden werden. Zugleich soll der Rotorträger mechanisch hoch belastbar, aber möglichst dünnwandig und leicht ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Rotorträger für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Der Rotorträger zeichnet sich dadurch aus, dass eine innere Umfangsfläche des Trägertopfes in einem axialen Abstand von der Nabe einen Anschlag für ein Stützelement des Rotorträgers zur weiteren Lagerung der Antriebswelle aufweist. Das Stützelement ist an dem Anschlag positionierbar und umfasst ein Lager für die Antriebswelle, sodass diese nicht nur im Bereich der Nabe, sondern auch an einem weiteren, axial von der Nabe beabstandeten Ort unterstützt wird. Hierdurch werden Unwuchten deutlich reduziert, vorzugsweise ganz vermieden. Insbesondere ermöglicht das Stützelement eine präzise, koaxiale Anordnung der Antriebswelle relativ zu der Symmetrieachse des Trägertopfes. Insgesamt werden so Einbußen in der Leistung der elektrischen Maschine vermieden, und auch eine Serienstreuung wird reduziert, weil aufgrund der präziseren Lagerung der Antriebswelle geringere Toleranzen bezüglich deren Anordnung gegeben sind.
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Der Rotorträger ist bevorzugt für eine elektrische Maschine zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug oder einem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen.
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Der Anschlag ist vorzugsweise als Rücksprung ausgebildet. Dieser ist bevorzugt als stufiger Absatz ausgebildet, an dem das Stützelement aufsitzt. Der Trägertopf umfasst einen – in axialer Richtung gesehen – im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser, der sich im Bereich des Rücksprungs – auf einer der Nabe abgewandten Seite desselben – vergrößert, sodass hier eine Stufe ausgebildet ist. Die Stufe ist vorzugsweise – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufend ausgebildet, und das Stützelement liegt in montiertem Zustand an der Stufe an. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine kippstabile Anordnung des Stützelements, sodass auch das Lager für die Antriebswelle stets exakt ausgerichtet ist.
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Alternativ ist es auch möglich, dass der Anschlag mehrere, an einer Innenwandung des Trägertopfes vorgesehene Rück- und/oder Vorsprünge umfasst, die vorzugsweise in gleichem Winkelabstand voneinander in gleicher Höhe – in axialer Richtung – angeordnet sind. Auch so ist eine kippstabile Anlage des Stützelements an dem Anschlag möglich. Das Stützelement ist vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass das Stützelement sternförmig ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist in die Nabe des Trägertopfes ein Lager, insbesondere ein Wälz- oder Nadellager einsetzbar, in welchem die Antriebswelle relativ zu dem Trägertopf drehbar gelagert ist. Die Nabe umfasst an einer einem Inneren des Trägertopfes zugewandten Seite ein Haltemittel, vorzugsweise eine Verzahnung, zur Befestigung einer Kupplung, die vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgebildet ist. Diese ist abtriebseitig mit der Antriebswelle verbunden. Ein Drehmoment kann von dem Rotorträger auf die Antriebswelle übertragen werden, wenn die Kupplung geschlossen ist. Über schleifende Kupplungszustände ist es möglich, das übertragene Drehmoment graduell zu variieren. Ist die Kupplung geöffnet, kann sich der Rotorträger relativ zur Antriebswelle frei drehen, sodass kein Drehmoment übertragen wird. Entsprechend ist auch in dem Stützelement vorzugsweise ein Lager zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle vorgesehen, nämlich bevorzugt ein Wälzlager. Der Rotorträger, welcher den Trägertopf einerseits und das Stützelement andererseits umfasst, ist dann bei gelöster Kupplung völlig frei gegenüber der Antriebswelle drehbar.
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Der Rotorträger ist vorzugsweise zylindersymmetrisch ausgebildet. Dabei spricht hier und im Folgenden eine Axialrichtung eine Richtung an, welche parallel zu einer Symmetrieachse des Rotorträgers orientiert ist. Eine Umfangsrichtung spricht eine Richtung an, die konzentrisch um die Symmetrieachse umläuft. Eine Radialrichtung spricht eine Richtung an, die senkrecht auf der axialen Richtung steht.
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Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Trägertopf im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Anschlag im Bereich eines Ringbunds angeordnet ist, und wobei der Ringbund die Form einer konischen Erweiterung aufweist. Insbesondere ist der Ringbund an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes vorgesehen. Eine Umfangswandung desselben erweitert sich demnach in ihrem der Nabe abgewandten Endbereich konisch, wodurch der Ringbund ausgeformt wird. In diesem Bereich ist der Anschlag vorzugsweise als Rücksprung an einer inneren Umfangsfläche des Trägertopfes vorgesehen.
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Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einem axialen Abstand zu dem Anschlag eine Ringnut in der inneren Umfangsfläche des Trägertopfes vorgesehen ist, die der Aufnahme eines Befestigungselementes dient. Dieses bewirkt gemeinsam mit dem Anschlag eine axiale Fixierung des Stützelements. Dabei entspricht der axiale Abstand der Ringnut zu dem Anschlag vorzugsweise ungefähr einer Dicke des Stützelements. Das Befestigungselement ist vorzugsweise als Sprengring ausgebildet. In montiertem Zustand liegt das Stützelement vorzugsweise unter Vorspannung beziehungsweise Klemmung einerseits an dem Anschlag und andererseits an dem Befestigungselement an, sodass es – in axialer Richtung gesehen – fixiert ist. Der Trägertopf weist bevorzugt in seiner der Nabe abgewandten Stirnseite eine Ausnehmung auf, in welche die Enden des als Sprengring ausgebildeten Befestigungselements mittels einer geeigneten Zange einbringbar sind. Die Ausnehmung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die entsprechenden Sprengringenden nicht über die Stirnseite des Trägertopfes und auch nicht über dessen äußere Umfangsfläche vorstehen.
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Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einer Umfangswandung des Trägertopfes – in axialer Richtung gesehen – auf Höhe des Stützelements eine Radialbohrung zur Aufnahme eines Sicherungselements angeordnet ist, sodass durch die Radialbohrung ein Sicherungselement geführt werden kann. Durch dieses ist eine Festlegung des Stützelements – in Umfangsrichtung gesehen – bewirkbar. Hierzu weist das Stützelement bevorzugt eine in seiner äußeren Umfangsfläche vorgesehene radiale Ausnehmung in Form eines Loches oder einer sich in Axialrichtung erstreckenden Nut auf, in welche das Sicherungselement einführbar ist, wenn es durch die Radialbohrung in der Umfangswandung des Trägertopfes hindurchgeführt wird. Das Sicherungselement verhindert dann eine Relativdrehung zwischen dem Stützelement und dem Trägertopf, sodass dieses – in Umfangsrichtung gesehen – in einer vorherbestimmten Winkelposition fixiert ist. Das Sicherungselement kann als Stift, als Schraube oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Die Radialbohrung durchsetzt die Umfangswandung des Trägertopfes, sodass das Sicherungselement von außen in sie einführbar und durch sie hindurchsteckbar ist, sodass es letztlich in die radiale Ausnehmung des Stützelements eingreift.
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Vorzugsweise weist der Trägertopf in einem Bereich seiner inneren Umfangsfläche, der einem Umfang des Stützelements gegenüberliegt, beziehungsweise an welchem eine äußere Umfangsfläche des Stützelements anliegt, mindestens eine Öldurchtrittsbohrung auf, um Öl nach außen abführen zu können. Diese fluchtet in montiertem Zustand vorzugsweise mit mindestens einer in dem Stützelement vorgesehenen Öldurchtrittsbohrung. Aus dem Lager in dem Stützelement austretendes Öl gelangt über diverse an dem Stützelement vorgesehene Ölleitelemente letztlich zu der Öldurchtrittsbohrung in dem Stützelement und hierdurch zu der Öldurchtrittsbohrung in dem Trägertopf. Von dort gelangt es zu einer Außenseite des Trägertopfes, wo es einem Ölversorgungssystem und/oder einem Ölsammelbehälter zugeführt wird. Weitere Öldurchtrittsbohrungen sind vorzugsweise an einem die Nabe aufweisenden Boden des Trägertopfes vorgesehen, wobei sie radial außen und/oder radial weiter innen zur Nabe hin angeordnet sein können. Verschiedene Öldurchtrittsbohrungen können dabei verschiedene Größen aufweisen.
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In eine äußere Umfangsfläche des Trägertopfes sind bevorzugt Längsnuten eingebracht. Diese segmentieren vorzugsweise die Umfangsfläche und dienen der Ausrichtung und Halterung des mindestens einen magnetischen Elements, insbesondere der Blechpakete, die bevorzugt auf dem Außenumfang des Trägertopfs angebracht werden.
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Die Nabe ist vorzugsweise einstückig mit dem Trägertopf ausgebildet. Sie weist bevorzugt eine Außenverzahnung als Haltemittel für eine Kupplung auf, in die in montiertem Zustand vorzugsweise eine Innenverzahnung einer Lamellenkupplung greift.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorträgers nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele mit den Schritten des Anspruchs 6 geschaffen wird.
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Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Vorkontur eines Trägertopfes mit einer Nabe, wobei die Vorkontur durch Drückwalzen (Fließdrückverfahren) aus einem Rohling hergestellt wird. Bei dem Drückwalzen wird ein Anschlag für ein Stützelement hergestellt, wobei der Anschlag durch das Drückwalzen ausgeformt wird. Vorzugsweise wird der Anschlag im Bereich einer bundartigen, bevorzugt konischen Erweiterung einer Umfangswandung des Trägertopfes ausgeformt. Ein Drückwalzverfahren stellt eine sehr elegante Möglichkeit bereit, den Trägertopf eines Rotorträgers mit engen Toleranzen, hochpräzise und einstückig auszuformen. Zugleich ist es ohne Weiteres möglich, direkt beim Drückwalzen den Anschlag für das Stützelement an der inneren Umfangsfläche des Trägertopfes in axialem Abstand von der Nabe auszuformen. Es bedarf hier also keines weiteren Verfahrensschrittes. Insbesondere ist es mithilfe des Drückwalzverfahrens möglich, die Vorkontur des Trägertopfes so auszubilden, dass sie bereits im Wesentlichen einer Endkontur entspricht. Nachfolgende Bearbeitungsschritte, insbesondere eine spanabhebende Fertigbearbeitung werden hierdurch reduziert, und es muss nur noch wenig Material abgetragen werden, um von der Vorkontur zur Endkontur zu gelangen. Dies spart zum einen Material und verbessert zum anderen die Festigkeit und mechanische Belastbarkeit des Trägertopfes, weil ein Faserverlauf in demselben durch spanabhebende Verfahren nur wenig gestört wird, wenn nur wenig Material abgetragen wird. Außerdem sind auf diese Weise besonders enge Toleranzen herstellbar, sodass sich insgesamt die bereits in Zusammenhang mit dem Rotorträger beschriebenen Vorteile einstellen.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Rohling als Schmiedeteil, vorzugsweise mittels Gesenkschmiedens, hergestellt wird. Dabei wird in dem Schmiedeteil eine Grobkontur der Nabe ausgeformt. Die Vorkontur der Nabe wird dann beim Drückwalzen aus der Grobkontur erzeugt. Auch eine Bodengeometrie des Trägertopfes kann bereits beim Schmieden grob vorgeformt werden. Das Schmieden des Rohlings hat dabei den Vorteil, dass bereits ein Faserverlauf in dem Rohling so gelegt werden kann, dass bei einem späteren Abstrecken kein Trennen der Faser erfolgen kann. Aufgrund der durch das Schmieden bewirkten Homogenität und Verdichtung des Materials, die über die weiteren Verfahrensschritte erhalten bleibt, weist der Trägertopf eine hohe mechanische Belastbarkeit auf. Insbesondere ist es beim Schmieden möglich, den Faserverlauf auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen hin zu optimieren. Dadurch ist es möglich, Fasern in mechanisch hochbelasteten Bereichen zu verdichten, sodass diese Bereiche dünnwandig ausgebildet sein können, wobei sie zugleich mechanisch hochstabil sind. Auch ist es bei einem Schmiedeteil ohne Weiteres möglich, lokal variierende Wandstärken beziehungsweise Querschnitte belastungsgerecht auszubilden, sodass der Querschnitt oder die Wandstärke nicht stets an jedem Ort auf eine maximal erreichte mechanische Belastung ausgelegt sein muss. Demnach können Schmiedeteile beziehungsweise aus Schmiederohlingen drückgewalzte Teile insgesamt dünnwandig und lokal bereichsweise sehr dünnwandig ausgebildet sein, ohne dass die mechanische Belastbarkeit darunter leidet. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung. Insbesondere bleiben die Vorteile des Schmiederohlings beim Drückwalzen verhalten. So ist letztlich ein Rotorträger herstellbar, der zugleich dünnwandig und leicht sowie mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Rohling vor dem Drückwalzen drehbearbeitet wird. Insbesondere wird vorzugsweise wenigstens eine Stirnseite des Rohlings drehbearbeitet, um eine saubere, gleichmäßige Anlage für den Drückwalzdorn beziehungsweise eine optimale Einspannung in der Drückwalzmaschine zu gewährleisten. Vorzugsweise werden beide Stirnseiten des Rohlings drehbearbeitet.
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Es ist bevorzugt auch möglich, dass eine Umfangsfläche, vorzugsweise sowohl eine äußere als auch eine innere Umfangsfläche des Rohlings vor dem Drückwalzen drehbearbeitet wird. Insbesondere ist es möglich, den Innendurchmesser des Rohlings vor dem Drückwalzen bereits weitgehend fertigzubearbeiten, wobei eine hohe Oberflächenqualität erreicht wird. Auch eine Innenfläche des Bodens des Trägertopfes wird vorzugsweise bereits vor dem Drückwalzen drehbearbeitet, vorzugsweise fertiggedreht.
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Nach der Drehbearbeitung wird der Trägertopf mit der Nabe drückgewalzt, wobei eine in Axialrichtung gemessene Länge des Topfes je nach Bedarf eingestellt beziehungsweise erzeugt wird. Außerdem wird beim Drückwalzen vorzugsweise an dem der Nabe abgewandten Topfende die bundartige konische Erweiterung unter Ausformung einer Wandverdickung geschaffen, welche auch den Anschlag aufweist.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Vorkontur durch spanende Bearbeitung zu einer Endkontur des Trägertopfes fertigbearbeitet wird. Dabei umfasst die Fertigbearbeitung insbesondere ein Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Entgraten. Insbesondere werden dabei auch die Öldurchtrittsbohrungen hergestellt. Eine äußere Umfangsfläche des Trägertopfes wird vorzugsweise überdreht, um eine möglichst geeignete Auflagefläche für das mindestens eine magnetische Element, insbesondere die Blechpakete, zu schaffen. Ebenso werden bevorzugt Axialnuten in die äußere Umfangsfläche eingebracht, über welche das mindestens eine magnetische Element beziehungsweise die Blechpakete rutschsicher und vorfixierend auf dem Trägertopf befestigt werden können, wobei sie für eine Endmontage ausgerichtet werden.
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Die Fertigbearbeitung umfasst bevorzugt auch die Herstellung einer Steckverzahnung auf der Nabe mittels Wälzstoßen oder Verzahnungsstoßen, wobei die Kupplung für die Antriebswelle in einem späteren Verfahrensschritt auf die Steckverzahnung aufgesteckt wird.
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Vorzugsweise wird die Verzahnung gehärtet, um ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Stützelement im Bereich des Anschlags angeordnet wird. Hierdurch erst wird der Rotorträger, welcher – wie bereits angedeutet – sowohl den Trägertopf als auch das Stützelement umfasst, völlig fertig gestellt. Das Stützelement ist dabei bevorzugt als Stützscheibe ausgebildet, welche den Trägertopf an seinem der Nabe abgewandten Ende abschließt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Trägertopfes, wobei dem Betrachter eine Innenseite zugewandt ist, und
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2 eine dreidimensionale Ansicht einer Außenseite des Trägertopfes gemäß 1.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Trägertopfes 1, wobei dessen Innenseite dem Betrachter zugewandt ist. Er weist eine Nabe 3 zur Lagerung einer nicht dargestellten Antriebswelle auf, wobei in montiertem Zustand in die Nabe 3 ein Wälz- oder Nadellager eingepresst ist, durch welches die Antriebswelle drehbar mit dem Trägertopf 1 verbunden ist.
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An ihrer äußeren Umfangsfläche weist die Nabe 3 ein Haltemittel 5 für eine Kupplung auf, das hier als Steckverzahnung ausgebildet ist. In montiertem Zustand ist vorzugsweise eine Lamellenkupplung mit einer entsprechenden Innenverzahnung auf die Steckverzahnung 5 aufgesteckt. Dabei dient die Kupplung der drehfesten Kopplung des Trägertopfes 1 mit der Antriebswelle.
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An einem der Nabe 3 abgewandten Ende des Trägertopfes 1 ist ein Anschlag 7 vorgesehen, der hier als Rücksprung einer inneren Umfangsfläche 9 des Trägertopfes 1 ausgebildet ist. Ein Innendurchmesser des Trägertopfes 1 vergrößert sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer der Nabe 3 abgewandten Seite des Anschlags 7 sprunghaft, sodass eine – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufende Stufe 11 ausgebildet wird, an deren Oberfläche 13 das Stützelement in montiertem Zustand des Rotorträgers anliegt.
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Aus 1 ist offensichtlich, dass der Trägertopf 1 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Der Anschlag 7 ist dabei im Bereich eines Ringbunds 15 angeordnet, wobei dieser die Form einer sich in Richtung auf den Betrachter hin öffnenden konischen Erweiterung aufweist.
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Bevorzugt werden sowohl der Ringbund 15 als auch die Stufe 11 beim Drückwalzen in die Vorkontur des Trägertopfes 1 eingebracht. Es ist aber auch möglich, dass beim Drückwalzen lediglich der Ringbund 15 in die Vorkontur des Trägertopfes 1 eingebracht wird, während die Stufe 11 nachträglich insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung in die innere Umfangsfläche 9 eingebracht wird.
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In einem axialen Abstand zu dem Anschlag 7 ist eine Ringnut 17 in die innere Umfangsfläche 9 eingebracht, welche der Aufnahme insbesondere eines als Sprengring ausgebildeten Befestigungselements dient. Hierzu weist der Ringbund 15 in seiner Stirnseite 19 eine Ausnehmung 21 auf, in welche die Enden des Sprengrings mittels einer geeigneten Zange eingesetzt werden können.
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Insgesamt zeigt sich also Folgendes: Um den Rotorträger fertig zu stellen, wird ein vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildetes Stützelement – in 1 von schräg vorne – in das Innere des Trägertopfes 1 eingebracht, wobei es an dem Anschlag 7 anschlägt. Anschließend wird ein vorzugsweise als Sprengring ausgebildetes Befestigungselement in die Nut 17 eingesetzt, wobei dessen Enden von der Ausnehmung 21 aufgenommen werden. Das Stützelement ist dann – in axialer Richtung gesehen – zwischen dem Anschlag 7 und dem Sprengring fixiert. Dabei entspricht der axiale Abstand der Ringnut 17 zu dem Anschlag 7 vorzugsweise ungefähr einer Dicke des Stützelements. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Stützelement unter Klemmung beziehungsweise Vorspannung zwischen dem Sprengring und dem Anschlag 7 gehalten wird. Dementsprechend ist der axiale Abstand der Ringnut 17 von dem Anschlag 7 bevorzugt geringfügig keiner ausgebildet, als es einer Dicke des Stützelements entspricht.
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In einer Umfangswandung 23 des Trägertopfes 1 ist – in axialer Richtung gesehen – auf Höhe des Stützelementes eine Radialbohrung 25 ausgebildet, welche die Umfangswandung 23 durchsetzt. Diese dient der Aufnahme eines Sicherungselements, das vorzugsweise als Stift oder Schraube ausgebildet ist. Dieses greift in montiertem Zustand in eine radiale Ausnehmung einer Umfangswandung des Stützelements ein, sodass dieses – in Umfangsrichtung gesehen – in einer vorherbestimmten Position relativ zu dem Trägertopf 1 festgelegt ist. In dieser Position fluchten vorzugsweise in der Umfangswandung des Stützelements vorgesehene Öldurchtrittsbohrungen mit in der Umfangswandung 23 des Trägertopfs 1 vorgesehenen Öldurchtrittsbohrungen 27. Durch diese kann insbesondere aus dem in dem Stützelement vorgesehenen Lager für die Antriebswelle austretendes Öl aus dem Inneren des Trägertopfs 1 heraus abgeführt und einem Ölversorgungssystem und/oder einem Ölsammelbehälter zugeführt werden.
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Der Trägertopf 1 weist einen Boden 29 auf, über den die Nabe 3 mit der Umfangswandung 23 verbunden ist. Im Bereich des Bodens 29 sind vorzugsweise weitere Öldurchtrittsbohrungenvorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in einem Übergangsbereich zwischen der Umfangswandung 23 und dem Boden 29 vergleichsweise kleine Öldurchtrittsbohrungen 31 angeordnet, durch welche Öl insbesondere mithilfe der Zentrifugalkraft, die sich in dem im Betrieb rotierenden Trägertopf 1 ergibt, herausgeschleudert werden kann.
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An einem äußeren Rand des Bodens 29 sind etwas größere Öldurchtrittsbohrungen 33 angeordnet, durch die ebenfalls Öl durchtreten kann, welches aufgrund der Zentrifugalkraft an den Rand des Bodens gedrängt wird.
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Schließlich sind unmittelbar benachbart zur Nabe und konzentrisch zu dieser Öldurchtrittsbohrungen 35 angeordnet, die wiederum etwas größer ausgebildet sind, als die Öldurchtrittsbohrungen 33.
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Ebenfalls konzentrisch zur Nabe 3, jedoch in größerem radialen Abstand zu dieser, sind vergleichsweise große, hier kreisförmige Ausnehmungen 37 angeordnet, die vorzugsweise den Boden 29 durchsetzen. Diese dienen zum einen einer Gewichtsersparnis, weil hier Material aus dem Topfboden 29 entfernt ist. Zum anderen sind sie als Montage- und/oder Demontageöffnungen verwendbar, in welche mit Spezialwerkzeug eingegriffen werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen 37 als weitere Öldurchtrittsöffnungen dienen.
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Vorzugsweise sind alle an dem Trägertopf 1 vorgesehenen Öldurchtrittsbohrungen 27, 31, 33, 35 sowie auch die Ausnehmungen 37 konzentrisch zu der Nabe 3 und gleich verteilt, also insbesondere in gleichem Winkelabstand zueinander, vorgesehen. Sie sind also symmetrisch um eine Drehachse des Trägertopfs 1 verteilt, sodass nach Möglichkeit jegliche Unwucht vermieden wird und eine homogene Massenverteilung resultiert.
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In die äußere Umfangswandung 23 sind Längsnuten 39 eingebracht, die ebenfalls vorzugsweise in konstantem Winkelabstand zueinander vorgesehen und symmetrisch auf der Umfangswandung 23 verteilt sind. Diese dienen der Ausrichtung und Halterung. von an der Umfangswandung 23 angeordneten magnetischen Elementen, insbesondere von mit Permanentmagneten versehenen Blechpaketen. Insbesondere können diese mithilfe der Längsnuten 39 rutschsicher vorfixiert werden, sodass sie für eine Endmontage ausgerichtet sind.
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2 zeigt eine gedrehte Ansicht des Trägertopfs 1 gemäß 1, sodass dem Betrachter hier eine Außenseite desselben zugewandt ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Es wird deutlich, dass der Ringbund 15 sich – in Richtung von der Nabe 3 weg betrachtet – nach außen hin konisch erweitert.
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Im Bereich der Öldurchtrittsbohrungen 33 ist eine Außenfläche 41 des Bodens 29 planbearbeitet, sodass um die Öldurchtrittsbohrungen 33 herum Dichtflächen 43 ausgebildet sind. Diese können mit weiteren, nicht dargestellten Dichtflächen zusammenwirken, um eine dichte Ölübergabe aus den Öldurchtrittsbohrungen 33 heraus zu verwirklichen.
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Der Trägertopf 1 wird vorzugsweise hergestellt, indem zunächst ein Rohling – vorzugsweise als Schmiedeteil – hergestellt wird, der bereits eine Grobkontur der Nabe 3 und vorzugsweise auch eine Grobkontur der Geometrie des Bodens 29 aufweist. Dieser Rohling wird vorgedreht, um eine saubere, gleichmäßige Anlage in der Drückwalzmaschine und insbesondere an einem Drückwalzdorn zu ermöglichen. Gleichzeitig wird bereits der Innendurchmesser beziehungsweise die innere Umfangsfläche 9 weitgehend fertigbearbeitet, wobei eine hohe Oberflächenqualität erzielt wird. Auch die Bodengeometrie des Bodens 29 wird vorzugsweise bereits bei dieser Drehbearbeitung weitgehend fertiggestellt.
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Anschließend wird der Trägertopf 1 mit der Nabe 3 drückgewalzt, wobei die Topflänge je nach Bedarf eingestellt wird. Dabei wird zugleich der Ringbund 15 unter Ausformung einer Wandverdickung geschaffen. Die Stufe 11 kann bevorzugt beim Drückwalzen, aber auch bei einem nachfolgenden, spanenden Bearbeitungsschritt hergestellt werden.
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Nach dem Drückwalzen wird die Vorkontur des Trägertopfs 1 durch spanende Bearbeitung zu einer Endkontur fertigbearbeitet. Die spanende Bearbeitung umfasst vorzugsweise ein Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Entgraten, wobei auch andere spanende Bearbeitungsverfahren umfasst sein können. Dabei werden insbesondere die verschiedenen Ausnehmungen 21, 37, die Radialbohrung 25, die Öldurchtrittsbohrungen 27, 31, 33, 35 und auch die Längsnuten 39 sowie gegebenenfalls die Ringnut 17 gebildet.
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Schließlich wird die Nabe 3 an ihrer dem Inneren des Trägertopfes 1 zugewandten Seite mit einer Steckverzahnung mittels Wälzstoßen oder Verzahnungsstoßen versehen. Die Verzahnung wird abschließend bevorzugt gehärtet, um ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Rotorträgers und des Verfahrens zu dessen Herstellung eine deutliche Reduzierung von Leistungseinbußen und Leistungsschwankungen innerhalb einer Serie von elektrischen Maschinen möglich ist. Insbesondere ist mithilfe des Drückwalzverfahrens eine besonders gute Rundlaufqualität, Zylindrizität und Rundheit des Trägertopfes 1 erzielbar, sodass Unwuchten vermieden werden. Weiterhin werden Unwuchten vermieden, indem die Antriebswelle nicht nur im Bereich der Nabe 3, sondern auch im Bereich des Stützelements in einem axialen Abstand zur Nabe 3 gelagert wird. Durch die Kombination des Drückwalzverfahrens mit einem Schmiedeverfahren ist es möglich, einen Rotorträger herzustellen, der zugleich dünnwandig, leicht und auch mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Dabei kann eine Festigkeit des Trägertopfes 1 über den Umformgrad und die Auslegung der Vorform eingestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10358456 A1 [0004, 0004]
- DE 102010010269 A1 [0004, 0004]
