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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle.
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Um eine Rotorwelle eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einer Zusatzfunktion bereitstellen zu können, ist es bekannt, die Rotorwelle mehrteilig bereitzustellen. Das mehrteilige Bereitstellen der Rotorwelle ermöglicht ein besonders einfaches Fertigen der Rotorwelle.
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Eine mehrteilige Rotorwelle ist bereits aus der
DE 10 2015 218 412 A1 bekannt. Hierdurch wird ermöglicht, Bauteile, inklusive Strömungserzeugungsstrukturen und/oder Strömungslenkungsstrukturen, innerhalb der Rotorwelle zu integrieren. Weiterhin wird offenbart, ein Kühlmediumführungselement oder ein Element zur Steigerung der Bauteilsteifigkeit in der Rotorwelle zu integrieren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein besonders einfaches Bereitstellen unterschiedlicher an jeweilige Bedürfnisse angepasste Varianten an Rotorwellen für elektrische Maschinen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine kann dazu eingerichtet sein, ein beliebiges Fahrzeug anzutreiben. Weiterhin kann die Rotorwelle dazu eingerichtet sein, Aktivteile aufzunehmen, wodurch ein Rotor für die elektrische Maschine bereitgestellt ist. Es ist vorgesehen, dass das Baukastensystem wenigstens ein, eine Grundstruktur der Rotorwelle bereitstellendes Grundelement umfasst. Bei diesem Grundelement kann es sich beispielsweise um ein Trägerrohr handeln. Insbesondere kann das Grundelement zumindest bereichsweise zylinderförmig ausgebildet sein. Hierfür kann das Grundelement ein zylinderförmiges Innenvolumen der Rotorwelle zumindest bereichsweise radial nach außen begrenzen. Weiterhin kann das Grundelement dazu eingerichtet sein, eine Mantelfläche der Rotorwelle zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, bereitzustellen. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Grundelement eine Schnittstellenstruktur aufweist. Diese Schnittstellenstruktur kann wenigstens eine, insbesondere mehrere Funktionsflächen umfassen.
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Das Baukastensystem umfasst weiterhin mehrere jeweils zueinander unterschiedliche Funktionen bereitstellende Einlegebauteile. Diese Einlegebauteile sind jeweils dazu eingerichtet, austauschbar durch Anlage an eine vorzugsweise innenseitige erste Funktionsfläche der Schnittstellenstruktur an dem Grundelement gehalten zu werden. Die Schnittstellenstruktur des Grundelements umfasst somit wenigstens eine Funktionsfläche, wobei die wenigstens eine Funktionsfläche vorzugsweise innenseitig des Grundelements und somit dem von dem Grundelement umschlossenen Innenvolumen der Rotorwelle zugewandt ist. Zusätzlich zu der innenseitigen ersten Funktionsfläche kann die Schnittstellenstruktur des Grundelements weitere Funktionsflächen des Grundelements umfassen. Durch Anlegen des jeweiligen Einlegebauteils an die innenseitige erste Funktionsfläche kann somit das jeweilige Einlegebauteil an dem Grundelement befestigt werden. Hierbei kann das jeweilige Einlegebauteil insbesondere in dem von dem Grundelement zumindest bereichsweise radial nach außen begrenzten Innenvolumen der Rotorwelle angeordnet und über die erste Funktionsfläche relativ zu dem Grundelement gehalten werden. Durch Auswählen jeweiliger Einlegebauteile des Baukastensystems und Verbinden der ausgewählten Einlegebauteile mit dem Grundelement können unterschiedliche Varianten an Rotorwellen bereitgestellt werden. Das bedeutet, dass ein Bedarf an jeweiligen Funktionen der elektrischen Maschine ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von der ermittelten wenigstens einen bereitzustellenden Funktion der elektrischen Maschine kann aus dem Baukastensystem das wenigstens eine Einlegebauteil ausgewählt werden, welches dazu eingerichtet ist, die ermittelte Funktion für die elektrische Maschine bereitzustellen. Anschließend kann das ausgewählte wenigstens eine Einlegebauteil durch Anlage an die Innenseite der ersten Funktionsfläche an dem Grundelement befestigt werden. Das Baukastensystem ermöglicht somit ein Bereitstellen besonders vieler unterschiedlicher Varianten an Rotorwellen mit besonders wenigen unterschiedlichen Bauteilen. Hierdurch kann die jeweilige aus dem Baukastensystem bereitgestellte Rotorwelle besonders gut auf die jeweilige elektrische Maschine abgestimmt werden, in welcher die jeweilige Rotorwelle einzusetzen ist. Darüber hinaus ermöglicht das Baukastensystem, dass eine jeweilige Rotorwelle durch Auswahl beziehungsweise Austauschen wenigstens eines Einlegebauteils an dem Grundelement besonders einfach angepasst werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Stirnbauteil vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, an dem Grundelement gehalten zu werden und gemeinsam mit dem Grundelement das Innenvolumen der Rotorwelle zu begrenzen. Das wenigstens eine Stirnbauteil kann somit stirnseitig an das Grundelement angelegt und mit dem Grundelement verbunden werden. Für das Bereitstellen der jeweiligen Variante an Rotorwelle kann somit das wenigstens eine ausgewählte Einlegebauteil über eine offene Stirnseite des Grundelements an die innenseitige erste Funktionsfläche des Grundelements angelegt und somit in dem Innenvolumen der Rotorwelle angeordnet werden. Anschließend kann mittels des wenigstens einen Stirnbauteils die offene Stirnseite des Grundelements geschlossen werden, um ein sicheres Umschließen des wenigstens einen Einlegebauteils mittels des Grundelements und des wenigstens einen Stirnbauteils zu ermöglichen. Die separate Ausführung des Grundelements und des wenigstens einen Stirnbauteils ermöglicht somit ein besonders einfaches Anordnen des wenigstens einen Einlegebauteils in dem Innenvolumen der Rotorwelle und darüber hinaus ein besonders sicheres Umschließen des Innenvolumens durch Verbinden des wenigstens einen Stirnbauteils mit dem Grundelement.
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Es kann hierbei in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Stirnbauteil dazu eingerichtet ist, über wenigstens eine Funktionsfläche des Grundelements an dem Grundelement gehalten zu werden. Beispielsweise kann das Stirnbauteil über die innenseitige erste Funktionsfläche des Grundelements an dem Grundelement gehalten werden. Somit kann über die erste innenseitige Funktionsfläche sowohl das wenigstens eine Einlegebauteil als auch das wenigstens eine Stirnbauteil an dem Grundelement gehalten werden. Das Stirnbauteil kann somit durch innenseitige Anlage an dem Grundelement, insbesondere an der ersten Funktionsfläche, an dem Grundelement gehalten werden, wodurch eine besonders sichere und insbesondere dichte Verbindung des wenigstens einen Stirnelements mit dem Grundelement ermöglicht wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Stirnbauteil wenigstens eine weitere Funktionsfläche aufweist, über welche wenigstens eines der Einlegebauteile an dem Stirnbauteil befestigbar ist oder über welche die Rotorwelle an einem weiteren Bauteil der elektrischen Maschine befestigbar ist. Somit kann die weitere Funktionsfläche des Stirnbauteils beispielsweise innenseitig und somit dem Innenvolumen der Rotorwelle zugewandt angeordnet sein, wodurch das wenigstens eine Einlegebauteil innenseitig an dem Stirnbauteil anliegen und an dem Stirnbauteil gehalten werden kann. Alternativ kann die wenigstens eine weitere Funktionsfläche des Stirnbauteils außenseitig des Stirnbauteils angeordnet sein, wodurch über das Stirnbauteil die Rotorwelle an einem weiteren Bauteil der elektrischen Maschine, insbesondere in einer Nabe der elektrischen Maschine, befestigbar ist. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine weitere Funktionsfläche des Stirnbauteils dazu eingerichtet sein, für ein Verbinden mit dem Grundelement mit der Schnittstellenstruktur, insbesondere einer der Funktionsflächen des Schnittstellenstruktur, kontaktiert zu werden. Beispielsweise kann für ein Befestigen des Stirnbauteils an dem Grundelement die weitere Funktionsfläche des Stirnbauteils an die innenseitige erste Funktionsfläche des Grundelements angelegt werden. Durch Anlage der jeweiligen Funktionsflächen aneinander kann das wenigstens eine Stirnbauteil besonders sicher an dem Grundelement gehalten werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweilige Funktionsfläche dazu eingerichtet ist, für das Bereitstellen der jeweiligen Verbindung einen Kraftschluss einzugehen. Das bedeutet, dass sämtliche Funktionsflächen der Schnittstellenstruktur sowie die wenigstens eine weitere Funktionsfläche des Stirnbauteils dazu eingerichtet sind, den Kraftschluss auszubilden. Die jeweiligen an der ersten innenseitigen Funktionsfläche des Grundelements anzulegenden Einlegebauteile können somit über den Kraftschluss mit der ersten innenseitigen Funktionsfläche an dem Grundelement gehalten werden. Weiterhin kann das wenigstens eine Stirnbauteil über einen Kraftschluss zwischen der weiteren Funktionsfläche des Stirnbauteils mit einer der Funktionsflächen der Schnittstellenstruktur des Grundelements an dem Grundelement gehalten werden. Der jeweilige Kraftschluss kann durch einen Reibschluss und/oder durch eine Pressung bereitgestellt werden. Der jeweilige Kraftschluss ermöglicht ein besonders einfaches reversibles Verbinden jeweiliger Bestandteile des Baukastensystems miteinander über jeweilige Funktionsflächen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweilige Funktionsfläche durch mechanische Bearbeitung bereitgestellt ist. Das bedeutet, dass jede der Funktionsflächen mechanisch bearbeitet ist. Für das Bereitstellen der jeweiligen Funktionsfläche kann beispielsweise eine rohe Gussfläche mechanisch bearbeitet werden. Über die jeweilige mechanische Bearbeitung bei dem Bereitstellen der Funktionsflächen können jeweilige Reibeigenschaften der Funktionsflächen eingestellt werden. Hierdurch können jeweilige Haltekräfte des Kraftschlusses eingestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein eine Mantelfläche der Rotorwelle bereitstellendes Mantelelement Teil des Baukastensystems ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Grundelement außenseitig wenigstens eine zweite Funktionsfläche aufweist, welche Teil der Schnittstellenstruktur des Grundelements ist. Über diese zweite Funktionsfläche kann außenseitig das Mantelelement an dem Grundelement gehalten werden. Mit anderen Worten weist das Grundelement an seiner dem Innenvolumen der Rotorwelle abgewandten Außenseite die wenigstens eine zweite Funktionsfläche auf, über welche das Mantelelement an dem Grundelement befestigbar ist. Das Mantelelement kann somit das Grundelement zumindest bereichsweise radial nach außen überdecken. Das Vorsehen der wenigstens einen außenseitigen zweiten Funktionsfläche des Grundelements ermöglicht ein reversibles Anordnen des Mantelelements außenseitig an dem Grundelement und somit eine Austauschbarkeit jeweiliger Mantelelemente. Durch Auswählen eines Mantelelements aus mehreren vorhandenen Mantelelementen des Baukastensystems kann somit der von der jeweiligen Variante an Rotorwelle außenseitige Mantel eingestellt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Einlegebauteil eine Versteifungsstruktur aufweist, welche dazu eingerichtet ist, als Funktion eine Versteifung für die Rotorwelle bereitzustellen, und/oder das Einlegebauteil eine Kühlstruktur aufweist, welche dazu eingerichtet ist, als Funktion eine Kühlung für die Rotorwelle bereitzustellen.
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Für das Bereitstellen der jeweiligen unterschiedlichen Funktionen können somit die Einlegebauteile jeweilige von der bereitzustellenden Funktion abhängige Strukturen aufweisen. Hierbei kann die Versteifungsstruktur beispielsweise durch wenigstens eine, insbesondere mehrere, Versteifungsrippen bereitgestellt werden. Diese Versteifungsrippen ermöglichen ein Versteifen der Rotorwelle. Die Kühlstruktur kann beispielsweise durch wenigstens eine, insbesondere mehrere, Kühlrippen und/oder Kühlkanäle bereitgestellt werden. Hierbei können die Kühlrippen dazu eingerichtet sein, eine besonders große Wärmeübertrageroberfläche bereitzustellen, über welche Wärme von der Rotorwelle abtransportierbar ist. Der wenigstens eine Kühlkanal kann dazu eingerichtet sein, von einem Kühlfluid durchströmt zu werden, wobei mittels des Kühlfluids für ein Kühlen der Rotorwelle Wärme von der Rotorwelle aufnehmbar ist. Durch das Bereitstellen der unterschiedlichen Funktionen mittels der jeweiligen Einlegebauteile kann die elektrische Maschine besonders energieeffizient betrieben werden und/oder besonders stabil ausgebildet sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eines der Einlegbauteile dazu eingerichtet ist, über jeweilige Funktionsflächen am Grundelement und am wenigstens einen Stirnbauteil gehalten zu werden. Das bedeutet, dass das wenigstens eine Einlegebauteil sowohl am Grundelement als auch am Stirnbauteil gehalten ist, insbesondere über jeweilige Kraftschlüsse. Das jeweilige Einlegebauteil kann somit sowohl an der ersten inneren Funktionsfläche des Grundelements als auch an der weiteren Funktionsfläche des Stirnbauteils anliegen. Die Rotorwelle kann somit besonders stabil bereitgestellt werden, da das wenigstens eine Einlegebauteil, das Grundelement und das Stirnbauteil besonders sicher miteinander verbunden sind.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, welche aus einem Baukastensystem, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem beschrieben worden ist, bereitgestellt worden ist. Für das Bereitstellen der Rotorwelle für die elektrische Maschine kann aus dem Baukastensystem wenigstens ein Einlegebauteil ausgewählt werden, welches mit dem Grundelement verbunden wird. Zusätzlich kann wenigstens ein Stirnbauteil aus dem Baukastensystem ausgewählt und mit dem Grundelement verbunden werden. Das Bereitstellen der Rotorwelle für die elektrische Maschine aus dem Baukastensystem ermöglicht ein besonders gutes Anpassen der Rotorwelle an jeweilige Eigenschaften der elektrischen Maschine. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Baukastensystems sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Maschine anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1a-1e in jeweiligen schematischen Schnittansichten unterschiedliche Elemente eines Baukastensystems für eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine, welche jeweils über einen von Funktionsflächen ausgebildeten Kraftschluss miteinander verbunden werden können, wobei in 1a ein Grundelement, in 1 b ein Stirnbauteil und in den 1c bis 1e unterschiedliche Einlegebauteile gezeigt sind;
- 2 eine schematische Schnittansicht einer aus dem Grundelement und einem Stirnbauteil gebildeten Rotorwelle, bei welcher Einlegebauteile nicht vorgesehen sind; und
- 3a-3c jeweilige unterschiedliche schematische Schnittansichten unterschiedlicher Varianten an Rotorwellen, bei welchen in einem jeweiligen von dem Grundelement und dem wenigstens einen Stirnbauteil umschlossenen Innenvolumen der Rotorwelle jeweils wenigstens ein Einlegebauteil angeordnet ist, wobei in den in den 3a bis 3c gezeigten unterschiedlichen Varianten in jeder Variante ein unterschiedliches Einlegebauteil in dem Innenvolumen angeordnet ist.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1a bis 1e sind mögliche Bestandteile eines Baukastensystems für eine Rotorwelle 10 einer elektrischen Maschine gezeigt. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Elektromotor, welcher einen Stator und einen die Rotorwelle 10 aufweisenden Rotor umfasst. Das Baukastensystem ermöglicht es, dass mit besonders wenigen unterschiedlichen Komponenten besonders viele unterschiedliche Varianten an Rotorwellen 10 bereitgestellt werden können.
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Hierfür umfasst das Baukastensystem ein in 1a gezeigtes Grundelement 12. Das Grundelement 12 ist zumindest bereichsweise zylinderförmig ausgebildet und dazu eingerichtet, ein Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 radial nach außen zu begrenzen. Das Grundelement 12 weist eine Schnittstellenstruktur 16 auf, über welche weitere Elemente des Baukastensystems an dem Grundelement 12 befestigt werden können. Die Schnittstellenstruktur 16 umfasst wenigstens eine Funktionsfläche 18, vorliegend umfasst die Schnittstellenstruktur 16 mehrere Funktionsflächen 18. Jede der Funktionsflächen 18 ist durch eine mechanische Bearbeitung einer Oberfläche bereitgestellt, vorliegend einer mechanischen Bearbeitung des Grundelements 12. Weiterhin ist jede der Funktionsflächen 18 dazu eingerichtet, mit einer weiteren Funktionsfläche 18 für ein Bereitstellen einer Verbindung des Grundelements 12 mit einem weiteren Element des Baukastensystems einen Kraftschluss einzugehen. Vorliegend weist das Grundelement 12 zwei innenseitige erste Funktionsflächen 18 sowie eine außenseitige Funktionsfläche 18 auf. Das bedeutet, dass die innenseitigen ersten Funktionsflächen 18 dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 zugewandt angeordnet sind. Die außenseitige Funktionsfläche 18 ist dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 abgewandt an dem Grundelement 12 angeordnet. Vorliegend kann die außenseitige zweite Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 dazu eingerichtet sein, mit einem weiteren Bauteil der elektrischen Maschine über einen Kraftschluss verbunden zu werden.
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Das Baukastensystem umfasst des Weiteren wenigstens ein Stirnbauteil 20, welches in 1b gezeigt ist. Das Stirnbauteil 20 ist dazu eingerichtet, gemeinsam mit dem Grundelement 12 das Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 zu begrenzen. Hierfür kann das Stirnelement 20 stirnseitig an das Grundelement 12 angelegt und mit dem Grundelement 12 verbunden werden. Für das Verbinden des Stirnbauteils 20 mit dem Grundelement 12 kann das Stirnbauteil 20 wenigstens eine Funktionsfläche 18 aufweisen. Vorliegend weist das Stirnbauteil 20 eine innenseitige Funktionsfläche 18 und zwei außenseitige Funktionsflächen 18 auf. Hierbei ist eine der außenseitigen Funktionsflächen 18 dazu eingerichtet, an eine der innenseitigen ersten Funktionsflächen 18 des Grundelements 12 angelegt zu werden für eine Verbindung des Stirnbauteils 20 mit dem Grundelement 12. Die andere außenseitige Funktionsfläche 18 des Stirnbauteils 20 ist dazu eingerichtet, mit einem weiteren Bauteil der elektrischen Maschine verbunden zu werden. Insbesondere ist das Stirnbauteil 20 dazu eingerichtet, über die eine äußere Funktionsfläche 18 mit der inneren ersten Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 eine zumindest im Wesentlichen dichte Verbindung, insbesondere wasserdichte und/oder luftdichte Verbindung bereitzustellen.
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In den 1c bis 1e sind mehrere zueinander unterschiedliche Einlegebauteile 22 des Baukastensystems gezeigt. Jedes der unterschiedlichen Einlegebauteile 22 ist dazu eingerichtet, eine jeweilige Funktion für die Rotorwelle 10 bereitzustellen. Jedes der Einlegebauteile 22 ist dazu eingerichtet, in dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 angeordnet zu werden. Hierfür weist jedes der Einlegebauteile 22 außenseitig eine Funktionsfläche 18 auf, welche an die innenseitige erste Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 anlegbar ist. Über das Anlegen der jeweiligen außenseitigen Funktionsfläche 18 des jeweiligen Einlegebauteils 22 an die innenseitige erste Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 ist das jeweilige Einlegebauteil 22 über einen über die Funktionsflächen 18 ausgebildeten Kraftschluss an dem Grundelement 12 befestigbar und damit zu halten. Hierbei kann der jeweilige Kraftschluss durch einen Reibschluss oder durch ein Einklemmen des jeweiligen Einlegebauteils 22 an dem Grundelement 12 erfolgen. Für das Einklemmen können das Grundelement 12 und das an dem Grundelement 12 zu befestigende Einlegebauteil 22 auf unterschiedliche Temperaturen temperiert werden, wodurch das Grundelement 12 und das Einlegebauteil 22 sich unterschiedlich stark ausdehnen. Infolge der unterschiedlich starken Ausdehnung kann das Einlegebauteil 22 in das Grundelement 12 eingelegt werden und die äußere Funktionsfläche 18 des Einlegebauteils 22 an die innere erste Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 angelegt werden. Gleichen sich das Grundelement 12 und das an das Grundelement 12 angelegte Einlegebauteil 22 in ihrer Temperatur an, dann kann über Materialausdehnungen beziehungsweise Materialkomprimierungen des Grundelements 12 und des Einlegebauteils 22 das Einlegebauteil 22 an dem Grundelement 12 eingeklemmt werden, wodurch das Einlegebauteil 22 besonders sicher an dem Grundelement 12 gehalten werden kann. Insbesondere können jeweilige über die Funktionsflächen 18 bereitgestellte Verbindungen zwischen den Elementen des Baukastensystems reversibel bereitgestellt sein.
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Das in 1c gezeigte Einlegebauteil 22 weist vorliegend eine Kühlstruktur 24 auf. Mittels der Kühlstruktur 24 kann eine Kühlfunktion für die Rotorwelle 10 bereitgestellt werden. Das bedeutet, dass die Rotorwelle 10 über die Kühlstruktur 24 besonders gut gekühlt werden kann. Insbesondere kann die Kühlstruktur 24 ein Bereitstellen einer besonders großen innenseitigen, von einem Kühlfluid umströmbaren Oberfläche der Rotorwelle 10 ermöglichen, wodurch mittels eines Kühlfluids beim Vorbeiströmen an der von der Kühlstruktur 24 bereitgestellten Oberfläche besonders viel Wärme von der Rotorwelle 10 aufgenommen werden kann, wodurch wiederum die Rotorwelle 10 besonders gut mittels des Kühlfluids gekühlt werden kann.
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Das in 1d gezeigte Einlegebauteil 22 weist vorliegend eine Versteifungsstruktur 26 auf. Diese Versteifungsstruktur 26 weist vorliegend mehrere Versteifungsrippen 28 auf. Die Versteifungsstruktur 26 stellt eine Versteifungsfunktion für die Rotorwelle 10 bereit. Vorliegend verlaufen die Versteifungsrippen 28 der Versteifungsstruktur 26 zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse der Rotorwelle 10.
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In 1e ist ein Einlegebauteil 22 gezeigt, welches eine Kühleinrichtung 30 aufweist. Diese Kühleinrichtung 30 umfasst mehrere Kühlkanäle 32, welche von einem Kühlfluid durchströmbar sind. Das Kühlfluid ist dazu eingerichtet, beim Durchströmen der Kühlkanäle 32 Wärme aufzunehmen, wodurch die die Kühleinrichtung 30 aufweisende Rotorwelle 10 mittels des Kühlfluids gekühlt werden kann.
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In 2 ist eine von dem Grundelement 12 und dem wenigstens einen Stirnbauteil 20 bereitgestellte Rotorwelle 10 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung des Grundelements 12 ist das Grundelement 12 dazu eingerichtet, eine Mantelfläche der Rotorwelle 10 außenseitig bereitzustellen. Alternativ kann das Baukastensystem wenigstens ein eine Mantelfläche der Rotorwelle 10 bereitstellendes Mantelelement umfassen, welches dazu eingerichtet ist, an eine der außenseitigen Funktionsflächen 18 des Grundelements 12 zum Bereitstellen der Mantelfläche angelegt zu werden. Vorliegend ist das Stirnbauteil 20 über einen Kraftschluss einer der äußeren Funktionsflächen 18 des Stirnbauteils 20 mit einer der ersten inneren Funktionsflächen 18 des Grundelements 12 an dem Grundelement 12 gehalten.
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In den 3a bis 3c sind unterschiedliche Varianten an Rotorwellen 10 gezeigt, welche durch Auswählen jeweiliger Einlegebauteile 22 und Verbinden der ausgewählten Einlegebauteile 22 mit dem Grundelement 12 sowie durch Verbinden des wenigstens einen Stirnbauteils 20 mit dem Grundelement 12 bereitgestellt sind. Bei der in 3a gezeigten Rotorwelle 10 ist das die Kühlstruktur 24 aufweisende Einlegebauteil 22 in dem Innenvolumen 14 angeordnet. Bei der in 3b gezeigten Variante der Rotorwelle 10 ist das die Versteifungsstruktur 26 aufweisende Einlegebauteil 22 in dem Innenvolumen 14 angeordnet. Sowohl das die Kühlstruktur 24 aufweisende Einlegebauteil 22 als auch die Versteifungsstruktur 26 aufweisende Einlegebauteil 22 sind jeweils über einen Kraftschluss der Funktionsflächen 18 innenseitig an dem Grundelement 12 gehalten. Hierbei besteht ein Kraftschluss mit dem Stirnbauteil 20 vorliegend nicht. Bei der in 3c gezeigten Variante der Rotorwelle 10 ist in dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 die Kühleinrichtung 30 angeordnet. Die Kühleinrichtung 30 ist sowohl über einen Kraftschluss an dem Grundelement 12 als auch über einen Kraftschluss an dem Stirnbauteil 20 gehalten. Das bedeutet, dass das die Kühleinrichtung 30 aufweisende Einlegebauteil 22 sowohl über eine Funktionsfläche 18 an der innenseitigen ersten Funktionsfläche 18 des Grundelements 12 anliegt als auch über eine Funktionsfläche 18 an der innenseitigen Funktionsfläche 18 des Stirnbauteils 20 anliegt. Hierdurch ist das die Kühleinrichtung 30 aufweisende Einlegebauteil 22 besonders sicher in dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 positioniert.
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Die jeweiligen Einlegebauteile 22 können insbesondere in einem additiven Herstellverfahren wie einem 3D-Druck, in Form- und Gießverfahren oder anderen gängigen Herstellverfahren bereitgestellt werden. Insbesondere können mehrere Einlegebauteile 22 gleichzeitig in dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 angeordnet sein. Hierbei können die mehreren Einlegebauteile 22 durch einen jeweiligen Kraftschluss mit dem Grundelement 12 an dem Grundelement 12 gehalten sein. Für einen mehrschichtigen Aufbau der Rotorwelle 10 kann innenseitig an dem Grundelement 12 ein Einlegebauteil 22 anliegen, welches wiederum innenseitig eine weitere Funktionsfläche 18 aufweist, welche dazu eingerichtet ist, mit einem weiteren Einlegebauteil 22 adaptiert zu werden. Das bedeutet, dass in dem Innenvolumen 14 der Rotorwelle 10 mehrere Einlegebauteile 22 in radialer Richtung aufeinander gestapelt werden können. Insbesondere sind die Einlegebauteile 22 miteinander sowie mit dem Grundelement 12 und dem wenigstens einen Stirnbauteil 20 kombinierbar und koppelbar.
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Das beschriebene Baukastensystem für die Rotorwelle 10 sowie die jeweiligen bereitgestellten Rotorwellen 10 ermöglichen, dass mehrere Funktionen kombiniert werden können und für komplexe Rotorwellen 10 Kostenersparnisse bei einer Fertigung möglich sind. Heutzutage sind von Rotorwellen 10 unterschiedliche Funktionen zu übernehmen, wie eine Robustheit zur Sicherstellung einer Drehmomentenübertragung, ein Leichtbau zur Einsparung von Material und Gewicht oder eine Kühlung zur Aufrechterhaltung einer Leistung, sodass Rotorwellen 10 auf derartige Funktionen hin optimiert werden. All diese Funktionen in einem einzigen Bauteil umzusetzen innerhalb eines wirtschaftlichen Rahmens und ohne Einschränkungen ist fertigungstechnisch äußerst aufwendig. Das Baukastensystem ermöglicht das Bereitstellen der mehrschichtig aufgebauten Varianten an Rotorwellen 10, in welchen Funktionen entsprechend einem gewünschten Anwendungsfall umgesetzt werden können. Ein grundlegender Aufbau der Rotorwelle 10 kann bei dem Baukastensystem über besonders wenige, wirtschaftlich herzustellende Bauteile dargestellt werden, vorliegend durch das Grundelement 12 und das wenigstens eine Stirnbauteil 20. Über die mechanischen Funktionsflächen 18 des Grundelements 12 und des wenigstens einen Stirnbauteils 20 ist es möglich, weitere Bauteile, vorliegend die Einlegebauteile 22, in die jeweilige Rotorwelle 10 zu integrieren. Hierbei können die jeweiligen Einlegebauteile 22 gemäß ihrer jeweiligen bereitzustellenden Funktion besonders wirtschaftlich hergestellt werden. Dieses modulare Prinzip des Baukastensystems ermöglicht besonders viele unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten, wodurch Kosten in einem Produktentstehungszyklus gespart werden können, da unterschiedliche Funktionen in wirtschaftlich hergestellten Komponenten, vorliegend der jeweiligen Elementen der Baukastensystems, miteinander kombiniert und getestet werden können. Das Baukastensystem ermöglicht somit ein besonders einfaches Testen unterschiedlicher Varianten an Rotorwellen 10. Darüber hinaus ermöglicht das Baukastensystem weiterhin in der Serienfertigung über die unterschiedlichen Funktionsflächen 18, dass besonders einfach unterschiedliche Varianten an Rotorwellen 10 gefertigt werden können.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine mehrschichtige Rotorwelle 10 mit verschiedenen funktionalen Inlays, vorliegend den Einlegebauteilen 22, bereitgestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotorwelle
- 12
- Grundelement
- 14
- Innenvolumen
- 16
- Schnittstellenstruktur
- 18
- Funktionsfläche
- 20
- Stirnbauteil
- 22
- Einlegebauteil
- 24
- Kühlstruktur
- 26
- Versteifungsstruktur
- 28
- Versteifungsrippe
- 30
- Kühleinrichtung
- 32
- Kühlkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015218412 A1 [0003]
