EP4142962A1 - Shaft, forming tool, method of production and rotor for an electric machine - Google Patents

Shaft, forming tool, method of production and rotor for an electric machine

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Publication number
EP4142962A1
EP4142962A1 EP21722387.4A EP21722387A EP4142962A1 EP 4142962 A1 EP4142962 A1 EP 4142962A1 EP 21722387 A EP21722387 A EP 21722387A EP 4142962 A1 EP4142962 A1 EP 4142962A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fitting
shaft
axial end
radially inner
inner edges
Prior art date
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Pending
Application number
EP21722387.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mert Ciftcioglu
Marius REUBELT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Valeo eAutomotive Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo eAutomotive Germany GmbH filed Critical Valeo eAutomotive Germany GmbH
Publication of EP4142962A1 publication Critical patent/EP4142962A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F16D1/072—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving plastic deformation
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    • F16D1/10—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially
    • F16D2001/103—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially the torque is transmitted via splined connections

Definitions

  • the present invention relates to a shaft with a central axis and a fitting section for forming a form-fitting shaft-hub connection, the fitting section radially protruding fitting structures and one formed at an axial end of the fitting section which Has fitting structures at least partially grasping chamfer.
  • the invention relates to a forming tool for producing a shaft, a method for producing a shaft and a rotor for an electrical machine.
  • a wave is from the article by M. Lecker et al. "Investigations into the transfer behavior of knurled press connections made of steel-aluminum", Research in Engineering 79, pages 41 to 65 (2015) known.
  • the article discloses a knurled shaft with axially parallel knurls which are produced by reshaping by means of a knurling wheel or by means of recursive axial shaping and have a bevel with a bevel angle f.
  • a form-fitting shaft-hub connection can be realized by a cutting and / or reshaping joining process.
  • a disadvantage of such a shaft is that the hub material is displaced essentially in the radial direction during a joining process in a hub. As a result, considerable radial mechanical stresses occur in the hub material. This is particularly undesirable with regard to the use of a shaft as a rotor shaft for a drive machine of an electric vehicle.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a possibility for reducing radial mechanical stresses in a self-tapping, form-fitting shaft-hub connection. According to the invention, this object is achieved by a shaft of the type mentioned at the outset, in which a distance between radially inner edges of a respective fitting structure and the axial end is reduced.
  • the invention is based on the consideration of designing the fitting structures to run narrower towards the axial end so that hub material displaced during a joining process can get into gaps between the radially inner edges of adjacent fitting structures.
  • This hub material thus does not reach the outside radially in order to contribute to the generation of radial mechanical stresses there.
  • radial mechanical stresses can advantageously be reduced considerably and, at the same time, losses in the torque transmission capacity of the shaft-hub connection can be avoided.
  • a radial deformation caused by the radial mechanical stresses is reduced when the shaft is rotating.
  • the radially inner edges converge at one point towards the axial end.
  • an essentially pointed configuration of the fit structure is realized, which considerably facilitates the displacement of the material during the joining process.
  • the radially inner edges each run straight at an angle with respect to a line parallel to the central axis towards the axial end.
  • the angle is preferably less than 90 °. It is particularly preferably between 10 ° and 60 °.
  • the radially inner edges each run towards the side line with the formation of an arc.
  • the arc is preferably an arc of a circle with a constant radius. In a preferred embodiment, one closes from the beginning
  • the chord of the arch running to the end of the arch forms an angle between 10 ° and 60 ° with a line parallel to the central axis.
  • the bevel begins closer to the axial end than a point closest to the axial end of the maximum distance between the radially inner edges.
  • the area of the radially inner edges in which their distance from the axial end decreases extends further in the axial direction than the bevel. In this way, a particularly large amount of space is made available to accommodate the hub material displaced during the joining process.
  • a ratio of an axial extension of the region of the radially inner edges in which their distance from the axial end decreases to an axial extension of a region in which the fitting structure is gripped is between 1.8 and 2.2.
  • a respective fitting structure of the shaft according to the invention can have flat side surfaces. These preferably include an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction.
  • a respective fitting structure can have curved side surfaces which preferably have a chord enclosing an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction.
  • a respective fitting structure has the shape of a polygon or a rounded polygon with respect to a cross-sectional area perpendicular to the central axis.
  • the polygon is preferably a triangle or a rectangle.
  • a respective fit structure with respect to a perpendicular to the central axis cross-sectional area have the shape of a semicircle or semi-oval.
  • the fitting section has a plurality of fitting zones with fitting structures distributed in the circumferential direction and is smooth between two adjacent fitting zones. Preferably, three evenly distributed fitting zones are provided.
  • a forming tool for producing a shaft in particular a shaft according to the invention, comprising a die with a through opening for passing through a chamfered shaft body, the die having recesses in an inner edge of the through opening for forming fitting structures on the Has shaft body, wherein a distance between radially inner edges of a respective recess decreases towards the axially inside of the through opening.
  • the recesses are expediently designed to be opposite to the areas of the fitting structures in which the distance between their radially inner edges is reduced.
  • the radially inner edges converge at one point towards the axially interior of the through opening.
  • the radially inner edges can each run straight at an angle with respect to a line parallel to a central axis of the through opening towards the axially inside of the through opening.
  • the angle can be between 10 ° and 60 °.
  • the radially inner edges can each run towards the axially inside of the through opening, forming an arc.
  • a tendon of the bow running from the beginning to the end of the bow closes preferably an angle between 10 ° and 60 ° with a line parallel to a central axis of the through opening.
  • a respective recess flat side surfaces which preferably enclose an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction, or curved side surfaces, which preferably form an angle between 30 ° and 70 ° having an enclosing chord with a plane perpendicular to the circumferential direction.
  • a respective recess of the tool according to the invention can have the shape of a polygon or a rounded polygon with respect to a cross-sectional area perpendicular to the central axis of the through opening, the polygon preferably being a triangle or a rectangle, or the shape of a semicircle or semi-oval.
  • the die can be formed by several, preferably three, separate die elements attached to a support of the forming tool, each die element having several of the recesses and being smooth in the circumferential direction to one or both adjacent die elements.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a method for producing a shaft, comprising the following steps: providing a shaft body, forming a fitting section with radially protruding fitting structures which are at least partially covered by a chamfer at an axial end of the fitting section, whereby a distance between radially inner edges of a respective fitting structure towards the axial end is reduced.
  • a forming tool according to the invention is preferably used to form the fit structures.
  • a shaft body with existing fitting structures and an existing bevel that encompasses the existing fitting structures is provided at the axial end.
  • a volume correspondence between a volume of an area of a respective existing existing fitting structure, which is covered by the existing bevel and delimited by a plane perpendicular to the central axis, and a volume of an area of a respective fitting structure of the Shaft, in which the distance between the radially inner edges decreases towards the axial end and is limited by a plane perpendicular to the central axis, is generated by at least 95%, preferably at least 99%. Because the volumes become similarly large, undesired deformations, for example, forming a burr, can be avoided.
  • a rotor for an electrical machine preferably a drive machine for an electric vehicle, comprising a shaft according to the invention or a shaft obtained by the method according to the invention and a rotor core and / or a resolver positively connected to the fitting section .
  • Permanent magnets are preferably arranged in the rotor core. Further advantages and details of the present invention emerge from the exemplary embodiments described below and with reference to the drawings. These are schematic representations and show:
  • 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of the shaft according to the invention
  • 2 shows a detailed view of a fitting structure of the first exemplary embodiment and a second exemplary embodiment of the shaft according to the invention from a radial perspective
  • 3 shows a detailed view of the fit structure according to the first and second exemplary embodiment from a side perspective
  • FIG. 4 shows sectional views of the fit structure along sectional planes A-A and B-B in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a detailed view of a fitting structure according to a third and a fourth exemplary embodiment of the shaft according to the invention from a radial perspective; 6 shows a detailed illustration of the fitting structure according to the third and fourth exemplary embodiments from a side perspective;
  • FIG. 7 shows sectional views of a fit structure according to further exemplary embodiments of the shaft according to the invention.
  • FIG. 8 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of the forming tool according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of an existing fitting structure before an embodiment of the method according to the invention is carried out
  • 11 shows a schematic diagram of a fit structure after the exemplary embodiment of the method according to the invention has been carried out; 12 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of the rotor according to the invention in an electrical machine;
  • FIG. H shows a detailed view of FIG. 13.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a shaft 1.
  • the shaft 1 has a central axis 2 and a fitting section 3 for forming a form-fitting shaft-hub connection.
  • Radially protruding fitting structures 4 in the form of knurls are formed in the fitting section.
  • a bevel 6 is formed which partially encompasses the fitting structures 4.
  • the fitting section 3 in this embodiment example extends further in the axial direction on both sides than the fitting structures 4.
  • stub shafts close 8, 9 at.
  • FIG. 2 is a detailed view of a fitting structure 4 of the first exemplary embodiment and a second exemplary embodiment of a shaft 1 from a radial perspective.
  • Radially inner edges 10, 11 of the fitting structure 4 which is representative of the remaining fitting structures 4 shown in FIG. 1, reduce their distance towards the axial end 5 and converge at a point 12. From a maximum distance b between the radially inner edges of the fitting structure 4, this distance decreases further and further to the axial end 5 from a predetermined axial position 13 until it is practically zero.
  • the radially inner edges 10, 11 each run straight at an angle l with respect to a line 14 parallel to the central axis 2 towards the axial end 5.
  • the second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the radially inner edges 10, 11 here run towards the axial end 5 with the formation of an arc shown in dashed lines.
  • this arc has a constant radius.
  • a chord 15 of the arc running from the beginning to the end of the arc or from the axial position 13 to the point 12 encloses the angle l with the line 14 parallel to the central axis 2.
  • FIG 3 is a detailed view of the fitting structure 4 according to the first and second exemplary embodiment from a side perspective.
  • FIG. 3 a maximum height h of the fit structure is initially shown. This corresponds to a radial distance between the radially inner edges 10, 11 and a radially outer edge 16 of the fit structure outside the chamfered area.
  • a bevel angle of the bevel 6 is denoted by f.
  • the bevel 6 begins visibly closer to the axial end 5 than a point closest to the end face (axial position 13) of the maximum distance between the radially inner edges 10, 11.
  • a ratio of an axial extent h of the area in which the distance between the radially inner edges 10 is , 11 reduced towards a radial extension h, a region in which the fitting structure 4 is chamfered, is 2.0 here and is typically between 1.8 and 2.2.
  • a respective side surface 17 of the fitting section 4 therefore has a triangular shape when viewed in the circumferential direction.
  • FIG. 4 shows two sectional illustrations of the fitting structure 4 along sectional planes AA and BB in FIG. 2.
  • the side surfaces 17 enclose an angle y with a plane perpendicular to the circumferential direction or a plane spanned in the axial direction and radial direction, which extends through the radially outer edge 14. In other words, it becomes a radially inner distance Ci of the side surfaces
  • the side surfaces 17 are curved outward in the circumferential direction, a chord of the curvature making the angle y with the plane
  • FIGS. 5 and 6 are each a detailed representation of a fitting structure 4 according to a third and a fourth exemplary embodiment of the shaft 1, FIG.
  • FIG. 5 shows the fitting structure 4 from a radial perspective
  • FIG. 6 shows the fitting structure 4 from a side perspective.
  • the side surfaces 17 do not extend up to the maximum height h of the fitting structure 4, so that a radially outer section 19 of the fitting structure 4 pointing towards the axial end 5 is flattened and runs at the bevel angle f .
  • FIG. 7 shows sectional representations of fitting structures 4 according to further exemplary embodiments of the shaft 1, the representation corresponding to the sectional plane AA in FIG. 4.
  • the fitting structure 4 has a radially inner parallel section 20 and a radially outer round section 21.
  • the fitting structure 4 has a hexagonal cross section with a radially inner trapezoidal section 22 and a radially outer one trapezoidal section 23.
  • the fitting section is pentagonal and has a radially inner parallel section 20 and a radially outer triangular section 24.
  • the fitting section 4 has an essentially parabolic cross section.
  • fitting sections 4 instead of fitting structures 4 arranged continuously in the circumferential direction, a plurality of fitting zones distributed in the circumferential direction are provided in the fitting section 3, in which the fitting structures 4 are formed, with no fitting structures being or being formed between the fitting zones.
  • the fitting section 3 is smooth in the circumferential direction between the fitting zones.
  • three fitting zones can be provided, which are arranged at an angle of 120 ° to one another in the circumferential direction.
  • FIG. 8 is a perspective illustration of an exemplary embodiment of a forming tool 50 for producing a shaft 1.
  • an exemplary embodiment of a method for producing the shaft 1 is also described below.
  • the forming tool 50 comprises a die 51 with a through opening 52 having a central axis 53 for passing through a chamfered shaft body.
  • a shaft body in such a shaft body - as shown in FIG. 10 - already existing fitting structures are provided which are gripped at an existing bevel angle cpo.
  • the die 51 has recesses 55 in an inner edge 54 of the through opening 52 for forming the fitting sections 4 on the shaft body.
  • 9 is a detailed view of the depressions 55 of the forming tool 50.
  • the depressions 55 are evidently formed opposite to the intended shape of the fitting structures 4, which is generally one of the previously described Embodiments of the shaft 1 can correspond.
  • the depressions 55 thus above all have radially inner edges 56, 57, the spacing of which decreases towards the axially interior of the through opening 52.
  • the recesses are not formed completely circumferentially, but are only formed in three recess zones 58 spaced apart in the circumferential direction, so that the forming tool 50 shown is designed for forming a shaft 1 with the corresponding fitting zones described above . According to further exemplary embodiments of the forming tool 50, however, this can also have recesses 55 distributed completely in the circumferential direction, so that a shaft can be produced in as shown in FIG. 1.
  • the die 51 is formed by three die elements 59 which are separate from one another and which each have corresponding recesses 55 of one of the recess zones 58 and to this extent are of identical design.
  • the die elements 59 are arranged in a carrier 60, which is also penetrated by the through opening 52, and fastened there by fastening means 61, here screws as an example.
  • the shaft body is first provided.
  • 10 shows a perspective view of an existing fitting structure 4a on a shaft body before the production method is carried out.
  • a width t of the existing fitting structure 4a and an axial length xi of the region of the existing fitting structure 4a covered by the bevel are also identified.
  • H denotes the height of the existing fitting structure 4a and cpoden existing bevel angles.
  • a volume of a region of the existing fitting structure 4a which points towards the axial end 5 and which is covered by the existing chamfer is identified by Vi.
  • the shaft body with the existing fitting structures 4a first is introduced into the through opening of the tool 50, so that the existing fitting structure 4a is plastically deformed.
  • FIG. 11 shows the geometric relationships of the fitting structure 4 after the deformation in the tool 50, the angles f, l, y being produced.
  • An axial length of the region of the fitting structure 4 covered by the bevel 6 is designated by X2.
  • X3 denotes an axial length between the area in which the distance between the radially inner edges 10, 11 and the axial end 5 decreases by the area of the fitting structure 4 covered by the bevel 6.
  • the volume, shown subdivided into partial volumes V2.1, V2.2, of the area pointing towards the axial end 5, in which the distance between the radially inner edges 10, 11 and the axial end 5 decreases, is denoted by V2.
  • the existing fitting structures 4a and the shape of the recesses 55 of the die 51 are selected in such a way that a volume correspondence of at least 99% between V1 and V2 is achieved. It should be noted here that the bevel angle changes from ⁇ po to f during the formation of the fitting structure 4.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an electrical machine 100 with an exemplary embodiment of a rotor 101.
  • the rotor 101 comprises a shaft 1 according to one of the exemplary embodiments described above, a rotor core 102 with permanent magnets being arranged in a form-fitting manner on the fitting section 3.
  • the rotor 101 is mounted within a stator 103 so that it can rotate about the central axis 2.
  • FIG. 13 and 14 each show the production of a shaft-hub connection of the rotor, FIG. 14 showing a detail Z in FIG. It can be seen that the shaft 1 is inserted into the rotor core 102 in order to produce the shaft-hub connection.
  • the fitting section 4 has a radial oversize U with respect to the rotor core 102.
  • a form-fitting shaft-hub connection between the shaft 1 and the rotor core 102 is realized by cutting and reshaping the rotor core 102.

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Abstract

The invention relates to a shaft (1) having a central axis (2) and a fitting section (3) for forming an interlocking shaft/hub connection, wherein the fitting section (3) has radially projecting fitting structures (4) and a chamfer (6) formed on an axial end (5) of the fitting section (3) and at least partially including the fitting structures (4), wherein a distance between the radially inner edges (10, 11) of each fitting structure (4) reduces toward the axial end (5).

Description

Welle, Umformwerkzeug, Herstellungsverfahren und Rotor für eine elektrische Maschine Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle mit einer Mittelachse und einem Passungsabschnitt zum Ausbilden einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung, wobei der Passungsabschnitt radial hervorstehende Passungsstrukturen und eine an einem axialen Ende des Passungsabschnitts ausgebildete, die Passungsstrukturen zumindest teilweise erfassende Fase aufweist. The present invention relates to a shaft with a central axis and a fitting section for forming a form-fitting shaft-hub connection, the fitting section radially protruding fitting structures and one formed at an axial end of the fitting section which Has fitting structures at least partially grasping chamfer.
Daneben betrifft die Erfindung ein Umformwerkzeug zum Herstellen einer Welle, ein Verfahren zum Herstellen einer Welle und einen Rotor für eine elektrische Maschine. Eine solche Welle ist aus dem Artikel von M. Lätzer et al. „Untersuchungen zum Übertragungsverhalten von Rändelpressverbänden aus Stahl-Aluminium“, Forschung im Ingenieurwesen 79, Seiten 41 bis 65 (2015) bekannt. Der Artikel offenbart eine gerändelte Welle mit achsparallelen Rändeln, die durch Umformen mittels eines Rändelrads oder mittels rekursiven Axialformens hergestellt sind und eine Fase mit einem Fasenwinkel f aufweisen. Je nach gewähltem Fasenwinkel f kann durch einen schneidenden und/oder umformenden Fügevorgang eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung realisiert werden. In addition, the invention relates to a forming tool for producing a shaft, a method for producing a shaft and a rotor for an electrical machine. Such a wave is from the article by M. Lätzer et al. "Investigations into the transfer behavior of knurled press connections made of steel-aluminum", Research in Engineering 79, pages 41 to 65 (2015) known. The article discloses a knurled shaft with axially parallel knurls which are produced by reshaping by means of a knurling wheel or by means of recursive axial shaping and have a bevel with a bevel angle f. Depending on the selected bevel angle f, a form-fitting shaft-hub connection can be realized by a cutting and / or reshaping joining process.
Nachteilig an einer solchen Welle ist, dass während eines Fügevorgangs in eine Nabe das Nabenmaterial im Wesentlichen in radiale Richtung verdrängt wird. Dadurch treten erhebliche radiale mechanische Spannungen im Nabenmaterial auf. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Verwendung einer Welle als Rotorwelle für eine Antriebsmaschine eines elektrischen Fahrzeugs unerwünscht. Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Reduktion radialer mechanischer Spannungen bei einer selbstschneidenden formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Welle der eingangs genannten Art gelöst, bei der sich ein Abstand radial innerer Ränder einer jeweiligen Passungsstruktur zum axialen Ende hin verringert. A disadvantage of such a shaft is that the hub material is displaced essentially in the radial direction during a joining process in a hub. As a result, considerable radial mechanical stresses occur in the hub material. This is particularly undesirable with regard to the use of a shaft as a rotor shaft for a drive machine of an electric vehicle. The invention is therefore based on the object of specifying a possibility for reducing radial mechanical stresses in a self-tapping, form-fitting shaft-hub connection. According to the invention, this object is achieved by a shaft of the type mentioned at the outset, in which a distance between radially inner edges of a respective fitting structure and the axial end is reduced.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die Passungsstrukturen zum axialen Ende hin schmaler verlaufend auszubilden, damit während eines Fügevorgangs verdrängtes Nabenmaterial in Lücken zwischen den radial inneren Rändern benachbarter Passungsstrukturen gelangen kann. Dieses Nabenmaterial gelangt so- mit nicht radial nach außen, um dort zur Erzeugung radialer mechanischer Spannungen beizutragen. Dadurch können vorteilhafterweise radiale mechanische Spannungen erheblich reduziert und gleichzeitig Verluste der Drehmomentübertragungsfähigkeit der Welle-Nabe-Verbindung vermieden werden. Daneben wird eine durch die radialen mechanischen Spannungen hervorgerufene radiale Deforma- tion beim rotierenden Betrieb der Welle reduziert. The invention is based on the consideration of designing the fitting structures to run narrower towards the axial end so that hub material displaced during a joining process can get into gaps between the radially inner edges of adjacent fitting structures. This hub material thus does not reach the outside radially in order to contribute to the generation of radial mechanical stresses there. As a result, radial mechanical stresses can advantageously be reduced considerably and, at the same time, losses in the torque transmission capacity of the shaft-hub connection can be avoided. In addition, a radial deformation caused by the radial mechanical stresses is reduced when the shaft is rotating.
Es wird bei der erfindungsgemäßen Welle besonders bevorzugt, wenn die radial inneren Ränder zum axialen Ende hin in einem Punkt zusammenlaufen. Dadurch wird bei axialer Betrachtung eine im Wesentlichen spitze Ausgestaltung der Pas- sungsstruktur realisiert, welche die Materialverdrängung beim Fügevorgang erheblich erleichtert. In the case of the shaft according to the invention, it is particularly preferred if the radially inner edges converge at one point towards the axial end. As a result, when viewed axially, an essentially pointed configuration of the fit structure is realized, which considerably facilitates the displacement of the material during the joining process.
Gemäß einer Weiterbildungsalternative der erfindungsgemäßen Welle kann vorgesehen sein, dass die radial inneren Ränder jeweils gerade unter einem Winkel be- züglich einer zur Mittelachse parallelen Linie zum axialen Ende hin verlaufen. Der Winkel ist bevorzugt kleiner als 90°. Er beträgt besonders bevorzugt zwischen 10° und 60°. According to a further development alternative of the shaft according to the invention, it can be provided that the radially inner edges each run straight at an angle with respect to a line parallel to the central axis towards the axial end. The angle is preferably less than 90 °. It is particularly preferably between 10 ° and 60 °.
Gemäß einer zweiten Weiterbildungsalternative der erfindungsgemäßen Welle ist vorgesehen, dass die radial inneren Ränder jeweils unter Ausbildung eines Bogens zur Seitenlinie hin verlaufen. Bevorzugt ist der Bogen ein Kreisbogen mit einem konstanten Radius. In bevorzugter Ausgestaltung schließt eine vom Anfang bis zum Ende des Bogens verlaufende Sehne des Bogens einen Winkel zwischen 10° und 60° mit einer zur Mittelachse parallelen Linie ein. According to a second alternative development of the shaft according to the invention, it is provided that the radially inner edges each run towards the side line with the formation of an arc. The arc is preferably an arc of a circle with a constant radius. In a preferred embodiment, one closes from the beginning The chord of the arch running to the end of the arch forms an angle between 10 ° and 60 ° with a line parallel to the central axis.
Mit Vorteil kann bei der erfindungsgemäßen Welle vorgesehen sein, dass die Fase näher am axialen Ende beginnt als ein dem axialen Ende nächster Punkt maximalen Abstands der radial inneren Ränder liegt. Mit anderen Worten erstreckt sich der Bereich der radial inneren Ränder, in dem sich ihr Abstand zum axialen Ende hin verringert, weiter in axiale Richtung als die Fase. So wird besonders viel Raum zur Aufnahme des während des Fügevorgangs verdrängten Nabenmaterial bereit- gestellt. In the case of the shaft according to the invention, it can advantageously be provided that the bevel begins closer to the axial end than a point closest to the axial end of the maximum distance between the radially inner edges. In other words, the area of the radially inner edges in which their distance from the axial end decreases, extends further in the axial direction than the bevel. In this way, a particularly large amount of space is made available to accommodate the hub material displaced during the joining process.
Typischerweise beträgt ein Verhältnis einer axialen Erstreckung des Bereichs der radial inneren Ränder, in dem sich ihr Abstand zum axialen Ende hin verringert, zu einer axialen Erstreckung eines Bereichs, in welchem die Passungsstruktur ange- fasst ist, zwischen 1 ,8 und 2,2. Typically, a ratio of an axial extension of the region of the radially inner edges in which their distance from the axial end decreases to an axial extension of a region in which the fitting structure is gripped is between 1.8 and 2.2.
Eine jeweilige Passungsstruktur der erfindungsgemäßen Welle kann ebene Seitenflächen aufweisen. Bevorzugt schließen diese einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene ein. Alternativ kann eine jeweilige Passungsstruktur gewölbte Seitenflächen, die vorzugsweise eine einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene einschließende Sehne haben, aufweisen. A respective fitting structure of the shaft according to the invention can have flat side surfaces. These preferably include an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction. Alternatively, a respective fitting structure can have curved side surfaces which preferably have a chord enclosing an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction.
Es ist bei der erfindungsgemäßen Welle ferner möglich, dass ein radial äußerer zum axialen Ende weisender Abschnitt der Passungsstruktur abgeflacht unter einem Fasenwinkel der Fase verläuft. In the case of the shaft according to the invention, it is also possible for a radially outer section of the fit structure pointing towards the axial end to run in a flattened manner at a bevel angle of the bevel.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Welle ist ferner vorgesehen, dass eine jeweilige Passungsstruktur bezüglich einer senkrecht zur Mittel- achse stehenden Querschnittsfläche die Form eines Polygons oder eines abgerundeten Polygons aufweist. Das Polygon ist vorzugsweise ein Dreieck oder ein Rechteck ist. Alternativ kann eine jeweilige Passungsstruktur bezüglich einer senkrecht zur Mittelachse stehenden Querschnittsfläche die Form eines Halbkreises oder Halbovals aufweisen. In a preferred embodiment of the shaft according to the invention, it is further provided that a respective fitting structure has the shape of a polygon or a rounded polygon with respect to a cross-sectional area perpendicular to the central axis. The polygon is preferably a triangle or a rectangle. Alternatively, a respective fit structure with respect to a perpendicular to the central axis cross-sectional area have the shape of a semicircle or semi-oval.
In bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Welle ist daneben vorgesehen, dass der Passungsabschnitt mehrere in Umfangsrichtung verteilte Passungszonen mit Passungsstrukturen aufweist und zwischen zwei benachbarten Passungszonen glatt ist. Bevorzugt sind drei gleichmäßig verteilte Passungszonen vorgesehen. In a preferred embodiment of the shaft according to the invention, it is also provided that the fitting section has a plurality of fitting zones with fitting structures distributed in the circumferential direction and is smooth between two adjacent fitting zones. Preferably, three evenly distributed fitting zones are provided.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Umformwerkzeug zum Herstellen einer Welle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Welle, umfassend eine Matrize mit einer Durchgangsöffnung zum Durchführen eines angefasten Wellenkörpers, wobei die Matrize in einem inneren Rand der Durchgangsöffnung Eintiefungen zum Ausbilden von Passungsstrukturen auf dem Wellenkörper aufweist, wobei sich ein Abstand radial innerer Ränder einer jeweiligen Eintiefung zum axial Inneren der Durchgangsöffnung hin verringert. The object on which the invention is based is further achieved by a forming tool for producing a shaft, in particular a shaft according to the invention, comprising a die with a through opening for passing through a chamfered shaft body, the die having recesses in an inner edge of the through opening for forming fitting structures on the Has shaft body, wherein a distance between radially inner edges of a respective recess decreases towards the axially inside of the through opening.
Zweckmäßigerweise sind die Eintiefungen gegengleich zu den Bereichen der Passungsstrukturen ausgebildet, in denen sich der Abstand ihrer radial inneren Ränder verringert. The recesses are expediently designed to be opposite to the areas of the fitting structures in which the distance between their radially inner edges is reduced.
Es kann bei dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug vorgesehen sein, dass die radial inneren Ränder zum axial Inneren der Durchgangsöffnung hin in einem Punkt zusammenlaufen. It can be provided in the forming tool according to the invention that the radially inner edges converge at one point towards the axially interior of the through opening.
Die radial inneren Ränder können jeweils gerade unter einem Winkel bezüglich einer zu einer Zentralachse der Durchgangsöffnung parallelen Linie zum axial Inneren der Durchgangsöffnung hin verlaufen. Der Winkel kann zwischen 10° und 60° betragen. Alternativ können die radial inneren Ränder jeweils unter Ausbildung eines Bogens zum axial Inneren der Durchgangsöffnung hin verlaufen. Eine vom Anfang bis zum Ende des Bogens verlaufende Sehne des Bogens schließt vorzugsweise einen Winkel zwischen 10° und 60° mit einer zu einer Zentralachse der Durchgangsöffnung parallelen Linie ein. The radially inner edges can each run straight at an angle with respect to a line parallel to a central axis of the through opening towards the axially inside of the through opening. The angle can be between 10 ° and 60 °. Alternatively, the radially inner edges can each run towards the axially inside of the through opening, forming an arc. A tendon of the bow running from the beginning to the end of the bow closes preferably an angle between 10 ° and 60 ° with a line parallel to a central axis of the through opening.
Daneben kann bei dem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug vorgesehen sein, dass eine jeweilige Eintiefung ebene Seitenflächen, die vorzugsweise einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene einschließen, oder gewölbte Seitenflächen, die vorzugsweise eine einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene einschließende Sehne haben, aufweist. In addition, it can be provided in the forming tool according to the invention that a respective recess flat side surfaces, which preferably enclose an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction, or curved side surfaces, which preferably form an angle between 30 ° and 70 ° having an enclosing chord with a plane perpendicular to the circumferential direction.
Eine jeweilige Eintiefung des erfindungsgemäßen Werkzeugs kann bezüglich einer senkrecht zur Zentralachse der Durchgangsöffnung stehenden Querschnittsfläche die Form eines Polygons oder eines abgerundeten Polygons, wobei das Polygon vorzugsweise ein Dreieck oder ein Rechteck ist, oder die Form eines Halbkreises oder Halbovals aufweisen. A respective recess of the tool according to the invention can have the shape of a polygon or a rounded polygon with respect to a cross-sectional area perpendicular to the central axis of the through opening, the polygon preferably being a triangle or a rectangle, or the shape of a semicircle or semi-oval.
Die Matrize kann durch mehrere, vorzugsweise drei, getrennte Matrizenelemente, die an einem Träger des Umformwerkzeugs befestigt sind, ausgebildet sein, wobei jedes Matrizenelement mehrere der Eintiefungen aufweisen und in Umfangsrich- tung zu einem oder beiden benachbarten Matrizenelement glatt sein kann. The die can be formed by several, preferably three, separate die elements attached to a support of the forming tool, each die element having several of the recesses and being smooth in the circumferential direction to one or both adjacent die elements.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Welle, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines Wellenkörpers, Ausbilden eines Passungsabschnitts mit radial hervorstehenden Passungsstrukturen, die zumindest teilweise von einer Fase an einem axialen Ende des Passungsabschnitts erfasst sind, wobei sich ein Abstand radial innerer Ränder einer jeweiligen Passungsstruktur zum axialen Ende hin verringert. The object on which the invention is based is further achieved by a method for producing a shaft, comprising the following steps: providing a shaft body, forming a fitting section with radially protruding fitting structures which are at least partially covered by a chamfer at an axial end of the fitting section, whereby a distance between radially inner edges of a respective fitting structure towards the axial end is reduced.
Vorzugsweise wird zum Ausbilden der Passungsstrukturen ein erfindungsgemä- ßen Umformwerkzeug verwendet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass ein Wellenkörper mit bestehenden Passungsstrukturen und einer die bestehenden Passungsstrukturen erfassenden bestehenden Fase am axialen Ende bereitgestellt wird. A forming tool according to the invention is preferably used to form the fit structures. In the method according to the invention it can be provided that a shaft body with existing fitting structures and an existing bevel that encompasses the existing fitting structures is provided at the axial end.
In bevorzugter Weiterbildung ist dabei vorgesehen, dass beim Ausbilden des Passungsabschnitts eine Volumenübereinstimmung zwischen einem Volumen eines Bereich einer jeweiligen bestehenden bestehende Passungsstrukturen, der von der bestehenden Fase erfasst und durch eine zur Mittelachse senkrechte Ebene begrenzt ist, und einem Volumen eines Bereichs einer jeweiligen Passungsstruktur der Welle, in welchem sich der Abstand der radial inneren Ränder zum axialen Ende hin verringert und durch eine zur Mittelachse senkrechte Ebene begrenzt ist, von wenigstens 95 %, bevorzugt wenigstens 99 % erzeugt wird. Dadurch, dass die Volumina ähnlich groß werden, können unerwünschte, beispielsweise einen Grat ausbildende, Deformationen vermieden werden. In a preferred development, it is provided that when the fitting section is formed, a volume correspondence between a volume of an area of a respective existing existing fitting structure, which is covered by the existing bevel and delimited by a plane perpendicular to the central axis, and a volume of an area of a respective fitting structure of the Shaft, in which the distance between the radially inner edges decreases towards the axial end and is limited by a plane perpendicular to the central axis, is generated by at least 95%, preferably at least 99%. Because the volumes become similarly large, undesired deformations, for example, forming a burr, can be avoided.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Rotor für eine elektrische Maschine, vorzugsweise eine Antriebsmaschine für ein elektrisches Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Welle oder eine durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Welle und einen formschlüssig mit dem Passungsabschnitt verbundenen Rotorkern und/oder einen Resolver. The object on which the invention is based is further achieved by a rotor for an electrical machine, preferably a drive machine for an electric vehicle, comprising a shaft according to the invention or a shaft obtained by the method according to the invention and a rotor core and / or a resolver positively connected to the fitting section .
Im Rotorkern sind bevorzugt Permanentmagnete angeordnet. Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen: Permanent magnets are preferably arranged in the rotor core. Further advantages and details of the present invention emerge from the exemplary embodiments described below and with reference to the drawings. These are schematic representations and show:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfin- dungsgemäßen Welle; Fig. 2 eine Detailansicht einer Passungsstruktur des ersten Ausführungsbeispiels und eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Welle aus radialer Perspektive; Fig. 3 eine Detailansicht der Passungsstruktur gemäß dem ersten und im zweiten Ausführungsbeispiel aus seitlicher Perspektive; 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of the shaft according to the invention; 2 shows a detailed view of a fitting structure of the first exemplary embodiment and a second exemplary embodiment of the shaft according to the invention from a radial perspective; 3 shows a detailed view of the fit structure according to the first and second exemplary embodiment from a side perspective;
Fig. 4 Schnittdarstellungen der Passungsstruktur entlang von Schnittebenen A-A und B-B in Fig. 2; FIG. 4 shows sectional views of the fit structure along sectional planes A-A and B-B in FIG. 2; FIG.
Fig. 5 eine Detailansicht einer Passungsstruktur gemäß einem dritten und einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Welle aus radialer Perspektive; Fig. 6 eine Detaildarstellung der Passungsstruktur gemäß dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel aus seitlicher Perspektive; 5 shows a detailed view of a fitting structure according to a third and a fourth exemplary embodiment of the shaft according to the invention from a radial perspective; 6 shows a detailed illustration of the fitting structure according to the third and fourth exemplary embodiments from a side perspective;
Fig. 7 Schnittdarstellungen einer Passungsstruktur gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Welle; 7 shows sectional views of a fit structure according to further exemplary embodiments of the shaft according to the invention;
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Umformwerkzeug; 8 shows a perspective illustration of an exemplary embodiment of the forming tool according to the invention;
Fig. 9 eine Detailansicht von Eintiefungen des Umformwerkzeugs; 9 shows a detailed view of recesses in the forming tool;
Fig. 10 eine Prinzipskizze einer bestehenden Passungsstruktur vor einer Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; 10 shows a schematic diagram of an existing fitting structure before an embodiment of the method according to the invention is carried out;
Fig. 11 eine Prinzipskizze einer Passungsstruktur nach Durchführung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 12 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotors in einer elektrischen Maschine; 11 shows a schematic diagram of a fit structure after the exemplary embodiment of the method according to the invention has been carried out; 12 shows a schematic diagram of an exemplary embodiment of the rotor according to the invention in an electrical machine;
Fig. 13 eine Darstellung der Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung des Rotors; und 13 shows an illustration of the production of a shaft-hub connection of the rotor; and
Fig. H eine Detailansicht von Fig. 13. FIG. H shows a detailed view of FIG. 13.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Welle 1. 1 is a perspective view of a first embodiment of a shaft 1.
Die Welle 1 weist eine Mittelachse 2 und ein Passungsabschnitt 3 zum Ausbilden einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung auf. Im Passungsabschnitt sind radial hervorstehende Passungsstrukturen 4 in Form von Rändeln ausgebildet. An einem axialen Ende 5 des Passungsabschnitts 3 ist eine Fase 6 ausgebildet, welche die Passungsstrukturen 4 teilweise erfasst. The shaft 1 has a central axis 2 and a fitting section 3 for forming a form-fitting shaft-hub connection. Radially protruding fitting structures 4 in the form of knurls are formed in the fitting section. At an axial end 5 of the fitting section 3, a bevel 6 is formed which partially encompasses the fitting structures 4.
Wie in Fig. 1 weiter ersichtlich ist, erstreckt sich der Passungsabschnitt 3 in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch in axialer Richtung beidseitig weiter als die Passungsstrukturen 4. Zu beiden Seiten des Passungsabschnitts 3, d.h. am axialen Ende 5 und einem anderen axialen Ende 7, schließen sich Wellenstümpfe 8, 9 an. As can also be seen in FIG. 1, the fitting section 3 in this embodiment example extends further in the axial direction on both sides than the fitting structures 4. On both sides of the fitting section 3, ie at the axial end 5 and another axial end 7, stub shafts close 8, 9 at.
Ein Koordinatenkreuz in kartesischen Koordinaten, bei dem die x-Achse parallel zur Mittelachse 2 verläuft, definiert Raumrichtungen in Fig. 1 und den folgenden Figuren. A coordinate system in Cartesian coordinates, in which the x-axis runs parallel to the central axis 2, defines spatial directions in FIG. 1 and the following figures.
Fig. 2 ist eine Detailansicht einer Passungsstruktur 4 des ersten Ausführungsbeispiels und eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Welle 1 aus radialer Perspek- tive. Radial innere Ränder 10, 11 der Passungsstruktur 4, die für die Übrigen in Fig. 1 gezeigten Passungsstrukturen 4 repräsentativ ist, verringern ihren Abstand zum axialen Ende 5 hin und laufen in einem Punkt 12 zusammen. Von einem maximalen Abstand b der radial inneren Ränder der Passungsstruktur 4 geht dieser Ab- stand mithin zum axialen Ende 5 ab einer vorgegeben Axialposition 13 immer weiter zurück, bis er praktisch null beträgt. Die radial inneren Ränder 10, 11 verlaufen jeweils gerade unter einem Winkel l bezüglich einer zur Mittelachse 2 parallelen Linie 14 zum axialen Ende 5 hin. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die radial inneren Ränder 10, 11 hier unter Ausbildung eines gestrichelt dargestellten Bogens zum axialen Ende 5 hin verlaufen. Dieser Bogen weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen konstanten Radius auf. Eine vom Anfang bis zum Ende des Bogens bzw. von der Axialposition 13 bis zum Punkt 12 verlaufende Sehne 15 des Bogens schließt dabei mit der zur Mittelachse 2 parallelen Linie 14 den Winkel l ein. 2 is a detailed view of a fitting structure 4 of the first exemplary embodiment and a second exemplary embodiment of a shaft 1 from a radial perspective. Radially inner edges 10, 11 of the fitting structure 4, which is representative of the remaining fitting structures 4 shown in FIG. 1, reduce their distance towards the axial end 5 and converge at a point 12. From a maximum distance b between the radially inner edges of the fitting structure 4, this distance decreases further and further to the axial end 5 from a predetermined axial position 13 until it is practically zero. The radially inner edges 10, 11 each run straight at an angle l with respect to a line 14 parallel to the central axis 2 towards the axial end 5. The second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment in that the radially inner edges 10, 11 here run towards the axial end 5 with the formation of an arc shown in dashed lines. In the present exemplary embodiment, this arc has a constant radius. A chord 15 of the arc running from the beginning to the end of the arc or from the axial position 13 to the point 12 encloses the angle l with the line 14 parallel to the central axis 2.
Fig. 3 ist eine Detailansicht der Passungsstruktur 4 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel aus seitlicher Perspektive. 3 is a detailed view of the fitting structure 4 according to the first and second exemplary embodiment from a side perspective.
In Fig. 3 ist zunächst eine maximale Höhe h der Passungsstruktur eingezeichnet. Diese entspricht einem radialen Abstand der radial inneren Ränder 10, 11 zu einem radial äußeren Rand 16 der Passungsstruktur außerhalb des angefasten Bereichs. Ein Fasenwinkel der Fase 6 ist mit f bezeichnet. Die Fase 6 beginnt er- sichtlich näher am axialen Ende 5 als ein stirnseitennächster Punkt (Axial Position 13) maximalen Abstands der radial inneren Ränder 10, 11. Ein Verhältnis einer axialen Erstreckung h des Bereichs, in dem sich der Abstand der radial inneren Ränder 10, 11 hin verringert, zu einer radialen Erstreckung h, eines Bereichs, in welchem die Passungsstruktur 4 angefast ist, beträgt hier 2,0 und liegt typischer- weise zwischen 1,8 und 2,2. Eine jeweilige Seitenflächen 17 des Passungsabschnitts 4 weist mithin in Umfangsrichtung betrachtet eine dreieckige Form auf. Fig. 4 zeigt zwei Schnittdarstellungen der Passungsstruktur 4 entlang von Schnittebenen A-A und B-B in Fig. 2. In Fig. 3, a maximum height h of the fit structure is initially shown. This corresponds to a radial distance between the radially inner edges 10, 11 and a radially outer edge 16 of the fit structure outside the chamfered area. A bevel angle of the bevel 6 is denoted by f. The bevel 6 begins visibly closer to the axial end 5 than a point closest to the end face (axial position 13) of the maximum distance between the radially inner edges 10, 11. A ratio of an axial extent h of the area in which the distance between the radially inner edges 10 is , 11 reduced towards a radial extension h, a region in which the fitting structure 4 is chamfered, is 2.0 here and is typically between 1.8 and 2.2. A respective side surface 17 of the fitting section 4 therefore has a triangular shape when viewed in the circumferential direction. FIG. 4 shows two sectional illustrations of the fitting structure 4 along sectional planes AA and BB in FIG. 2.
Beim ersten Ausführungsbeispiel schließen die Seitenflächen 17 mit einer senk- recht zur Umfangsrichtung bzw. einer in Axialrichtung und Radialrichtung aufgespannten Ebene, die sich durch den radial äußeren Rand 14 erstreckt, einen Winkel y ein. Mit anderen Worten wird ein radial innerer Abstand Ci der SeitenflächenIn the first exemplary embodiment, the side surfaces 17 enclose an angle y with a plane perpendicular to the circumferential direction or a plane spanned in the axial direction and radial direction, which extends through the radially outer edge 14. In other words, it becomes a radially inner distance Ci of the side surfaces
17 in Radialrichtung kleiner (siehe Abstand C2 ). Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die Seitenflächen 17 in Umfangsrichtung nach außen gewölbt, wobei eine Sehne der Wölbung den Winkel y mit der Ebene17 smaller in the radial direction (see distance C2). In the second exemplary embodiment, the side surfaces 17 are curved outward in the circumferential direction, a chord of the curvature making the angle y with the plane
18 einschließt. Ein Abstand d der Wölbung zu ihrer Sehne beträgt höchstens hl2 (siehe Fig. 3). Fig. 5 und Fig. 6 sind jeweils eine Detaildarstellung einer Passungsstruktur 4 gemäß einem dritten und einem vierten Ausführungsbeispiel der Welle 1, wobei Fig. 18 includes. A distance d between the bulge and its tendon is at most h12 (see FIG. 3). FIGS. 5 and 6 are each a detailed representation of a fitting structure 4 according to a third and a fourth exemplary embodiment of the shaft 1, FIG.
5 die Passungsstruktur 4 aus radialer Perspektive und Fig. 6 die Passungsstruktur 4 aus seitlicher Perspektive zeigen. Bei diesen Ausführungsbeispielen, die im Übrigen dem ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen, erstrecken sich die Seitenflächen 17 nicht bis zur maximalen Höhe h der Passungsstruktur 4, sodass ein radial äußerer zum axialen Ende 5 weisender Abschnitt 19 der Passungsstruktur 4 abgeflacht unter dem Fasenwinkel f verläuft. 5 shows the fitting structure 4 from a radial perspective and FIG. 6 shows the fitting structure 4 from a side perspective. In these exemplary embodiments, which otherwise correspond to the first and second exemplary embodiments, the side surfaces 17 do not extend up to the maximum height h of the fitting structure 4, so that a radially outer section 19 of the fitting structure 4 pointing towards the axial end 5 is flattened and runs at the bevel angle f .
Fig. 7 zeigt Schnittdarstellungen von Passungsstrukturen 4 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Welle 1, wobei die Darstellung der Schnittebene A-A in Fig. 4 entspricht. Bei dem links oben dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Passungsstruktur 4 einen radial inneren parallelen Abschnitt 20 und einen radial äußeren runden Abschnitt 21 auf. Bei dem rechts oben dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Passungsstruktur 4 einen sechseckigen Querschnitt mit einem radial inneren trapezförmigen Abschnitt 22 und einem radial äußeren trapezförmigen Abschnitt 23 auf. Bei dem links unten dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Passungsabschnitt fünfeckig und weist einen radial inneren parallelen Abschnitt 20 und ein radial äußeren dreieckigen Abschnitt 24 auf. Beim rechts unten dargestellt Ausführungsbeispiel weist der Passungsabschnitt 4 einen im Wesentlichen parabelförmigen Querschnitt auf. FIG. 7 shows sectional representations of fitting structures 4 according to further exemplary embodiments of the shaft 1, the representation corresponding to the sectional plane AA in FIG. 4. In the exemplary embodiment shown at the top left, the fitting structure 4 has a radially inner parallel section 20 and a radially outer round section 21. In the exemplary embodiment shown at the top right, the fitting structure 4 has a hexagonal cross section with a radially inner trapezoidal section 22 and a radially outer one trapezoidal section 23. In the exemplary embodiment shown at the bottom left, the fitting section is pentagonal and has a radially inner parallel section 20 and a radially outer triangular section 24. In the exemplary embodiment shown at the bottom right, the fitting section 4 has an essentially parabolic cross section.
Wieder mit Bezug zu Fig. 1 sind gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Passungsabschnitt 3 anstelle von kontinuierlich in Umfangsrichtung angeordneten Passungsstrukturen 4 mehrere in Umfangsrichtung verteilte Passungszonen vor- gesehen, in denen die Passungsstrukturen 4 ausgebildet sind, wobei zwischen den Passungszonen keine Passungsstrukturen ausgebildet sind bzw. der Passungsabschnitt 3 in Umfangsrichtung zwischen den Passungszonen glatt ist. Dabei können gemäß einem Ausführungsbeispiel drei Passungszonen vorgesehen sein, die in einem Winkel von 120° in Umfangsrichtung zueinander angeordnet sind. Referring again to FIG. 1, according to a further exemplary embodiment, instead of fitting structures 4 arranged continuously in the circumferential direction, a plurality of fitting zones distributed in the circumferential direction are provided in the fitting section 3, in which the fitting structures 4 are formed, with no fitting structures being or being formed between the fitting zones. the fitting section 3 is smooth in the circumferential direction between the fitting zones. According to one exemplary embodiment, three fitting zones can be provided, which are arranged at an angle of 120 ° to one another in the circumferential direction.
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Umformwerkzeugs 50 zum Herstellen einer Welle 1. In diesem Zusammenhang wird im Folgenden auch ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Welle 1 beschrieben. 8 is a perspective illustration of an exemplary embodiment of a forming tool 50 for producing a shaft 1. In this context, an exemplary embodiment of a method for producing the shaft 1 is also described below.
Das Umformwerkzeug 50 umfasst eine Matrize 51 mit einer eine Zentralachse 53 aufweisenden Durchgangsöffnung 52 zum Durchführen eines angefasten Wellenkörpers. Bei einem solchen Wellenkörper sind - wie in Fig. 10 gezeigt - bereits bestehende Passungsstrukturen vorgesehen, die unter einem bestehenden Fasenwinkel cpo angefasst sind. Die Matrize 51 weist in einem inneren Rand 54 der Durchgangsöffnung 52 Eintiefungen 55 zum Ausbilden der Passungsabschnitte 4 am Wellenkörper auf. Fig. 9 ist eine Detailansicht der Eintiefungen 55 des Umformwerkzeugs 50. Dabei sind die Eintiefungen 55 ersichtlich gegengleich zur beabsichtigten Form der Passungsstrukturen 4 ausgebildet, die allgemein einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der Welle 1 entsprechen können. Die Eintiefungen 55 weisen also allen voran radial innere Ränder 56, 57 auf, deren Abstand sich zum axial Inneren der Durchgangsöffnung 52 hin verringert. The forming tool 50 comprises a die 51 with a through opening 52 having a central axis 53 for passing through a chamfered shaft body. In such a shaft body - as shown in FIG. 10 - already existing fitting structures are provided which are gripped at an existing bevel angle cpo. The die 51 has recesses 55 in an inner edge 54 of the through opening 52 for forming the fitting sections 4 on the shaft body. 9 is a detailed view of the depressions 55 of the forming tool 50. The depressions 55 are evidently formed opposite to the intended shape of the fitting structures 4, which is generally one of the previously described Embodiments of the shaft 1 can correspond. The depressions 55 thus above all have radially inner edges 56, 57, the spacing of which decreases towards the axially interior of the through opening 52.
Wieder mit Bezug zu Fig. 8 ist ersichtlich, dass die Eintiefungen nicht vollständig in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sind, sondern nur in drei in Umfangsrichtung beabstandeten Eintiefungszonen 58 ausgebildet sind, sodass das gezeigte Umformwerkzeug 50 zum Ausbilden einer Welle 1 mit entsprechenden zuvor beschriebenen Passungszonen ausgebildet ist. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Umformwerkzeugs 50 kann dieses jedoch auch vollständig in Umfangsrichtung verteilte Eintiefungen 55 aufweisen, so dass eine Welle in wie in Fig. 1 gezeigt herstellbar ist. Referring again to FIG. 8, it can be seen that the recesses are not formed completely circumferentially, but are only formed in three recess zones 58 spaced apart in the circumferential direction, so that the forming tool 50 shown is designed for forming a shaft 1 with the corresponding fitting zones described above . According to further exemplary embodiments of the forming tool 50, however, this can also have recesses 55 distributed completely in the circumferential direction, so that a shaft can be produced in as shown in FIG. 1.
Die Matrize 51 ist vorliegend durch drei voneinander getrennte Matrizenelemente 59 ausgebildet, die jeweils entsprechende Eintiefungen 55 einer der Eintiefungszonen 58 aufweisen und insoweit identisch ausgebildet sind. Die Matrizenelemente 59 sind in einem Träger 60 angeordnet, der ebenfalls von der Durchgangsöffnung 52 durchsetzt ist, und dort durch Befestigungsmittel 61 , hier exemplarisch Schrauben, befestigt. In the present case, the die 51 is formed by three die elements 59 which are separate from one another and which each have corresponding recesses 55 of one of the recess zones 58 and to this extent are of identical design. The die elements 59 are arranged in a carrier 60, which is also penetrated by the through opening 52, and fastened there by fastening means 61, here screws as an example.
Im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung der Welle 1 wird zunächst der Wellenkörper bereitgestellt. Fig. 10 zeigt dazu eine perspektivische Ansicht einer bestehenden Passungsstruktur 4a an einem Wellenkörper vor der Durchführung des Herstellungsverfahrens. In Fig. 10 sind ferner eine Breite t der bestehenden Passungsstruktur 4a und eine axiale Länge xi des von der Fase erfassten Bereichs der bestehenden Passungsstruktur 4a gekennzeichnet h bezeichnet die Höhe der bestehenden Passungsstruktur 4a und cpoden bestehenden Fasenwinkel. Ein Volumen eines zum axialen Ende 5 weisenden Bereichs der bestehenden Passungsstruktur 4a, der von der bestehenden Fase erfasst ist, ist mit Vi gekennzeichnet. Zum Ausbilden der Passungsstrukturen 4 wird der Wellenkörper mit den bestehenden Passungsstrukturen 4a voran in die Durchgangsöffnung das Werkzeug 50 eingeführt, sodass die bestehende Passungsstruktur 4a plastisch deformiert wird. Fig. 11 zeigt dazu die geometrischen Verhältnisse der Passungsstruktur 4 nach dem Umformen im Werkzeug 50, wobei die Winkel f, l, y entstehen. Mit X2 ist eine axiale Länge des von der Fase 6 erfassten Bereichs der Passungsstruktur 4 bezeichnet. Mit X3 ist eine axiale Länge zwischen dem Bereich, in dem sich der Abstand der radial inneren Ränder 10, 11 zum axialen Ende 5 hin verringert, um dem von der Fase 6 erfassten Bereich der Passungsstruktur 4 bezeichnet. Das in Teilvolumina V2.1, V2.2 untergliedert dargestellte Volumen des zum axialen Ende 5 weisenden Bereichs, in dem sich der Abstand der radial inneren Ränder 10, 11 zum axialen Ende 5 hin verringert, ist mit V2 bezeichnet. Zur Vermeidung einer unerwünschten Gratbildung während des Umformens sind die bestehenden Passungsstrukturen 4a und die Form der Eintiefungen 55 der Matrize 51 so gewählt, dass das eine Volumenübereinstimmung von wenigstens 99 % zwischen V1 und V2 erreicht wird. Zu beachten ist dabei, dass sich während des Ausbildens der Passungsstruktur 4 der Fasenwinkel von <po zu f verändert. As part of the method for producing the shaft 1, the shaft body is first provided. 10 shows a perspective view of an existing fitting structure 4a on a shaft body before the production method is carried out. In FIG. 10, a width t of the existing fitting structure 4a and an axial length xi of the region of the existing fitting structure 4a covered by the bevel are also identified. H denotes the height of the existing fitting structure 4a and cpoden existing bevel angles. A volume of a region of the existing fitting structure 4a which points towards the axial end 5 and which is covered by the existing chamfer is identified by Vi. To form the fitting structures 4, the shaft body with the existing fitting structures 4a first is introduced into the through opening of the tool 50, so that the existing fitting structure 4a is plastically deformed. 11 shows the geometric relationships of the fitting structure 4 after the deformation in the tool 50, the angles f, l, y being produced. An axial length of the region of the fitting structure 4 covered by the bevel 6 is designated by X2. X3 denotes an axial length between the area in which the distance between the radially inner edges 10, 11 and the axial end 5 decreases by the area of the fitting structure 4 covered by the bevel 6. The volume, shown subdivided into partial volumes V2.1, V2.2, of the area pointing towards the axial end 5, in which the distance between the radially inner edges 10, 11 and the axial end 5 decreases, is denoted by V2. In order to avoid undesired formation of burrs during the forming, the existing fitting structures 4a and the shape of the recesses 55 of the die 51 are selected in such a way that a volume correspondence of at least 99% between V1 and V2 is achieved. It should be noted here that the bevel angle changes from <po to f during the formation of the fitting structure 4.
Fig. 12 ist eine Prinzipskizze einer elektrischen Maschine 100 mit einem Ausführungsbeispiel eines Rotors 101. FIG. 12 is a schematic diagram of an electrical machine 100 with an exemplary embodiment of a rotor 101.
Der Rotor 101 umfasst eine Welle 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Aus- führungsbeispiele, wobei am Passungsabschnitt 3 ein Rotorkern 102 mit Permanentmagneten formschlüssig angeordnet ist. Der Rotor 101 ist drehbar um die Mittelachse 2 innerhalb eines Stators 103 gelagert. The rotor 101 comprises a shaft 1 according to one of the exemplary embodiments described above, a rotor core 102 with permanent magnets being arranged in a form-fitting manner on the fitting section 3. The rotor 101 is mounted within a stator 103 so that it can rotate about the central axis 2.
Fig. 13 und Fig. 14 sind jeweils eine Darstellung der Herstellung einer Welle- Nabe-Verbindung des Rotors, wobei Fig. 14 ein Detail Z in Fig. 13 zeigt. Ersichtlich wird die Welle 1 zur Herstellung der Welle-Nabe-Verbindung in den Rotorkern 102 eingeführt. Der Passungsabschnitt 4 weist dabei ein radiales Übermaß U gegenüber dem Rotorkern 102 auf. Dadurch wird durch Schneiden und Umformen des Rotorkerns 102 eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung zwischen der Welle 1 und dem Rotorkern 102 realisiert. 13 and 14 each show the production of a shaft-hub connection of the rotor, FIG. 14 showing a detail Z in FIG. It can be seen that the shaft 1 is inserted into the rotor core 102 in order to produce the shaft-hub connection. The fitting section 4 has a radial oversize U with respect to the rotor core 102. As a result, a form-fitting shaft-hub connection between the shaft 1 and the rotor core 102 is realized by cutting and reshaping the rotor core 102.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Welle (1) mit einer Mittelachse (2) und einem Passungsabschnitt (3) zum Ausbilden einer formschlüssigen Welle-Nabe-Verbindung, wobei der Passungsab- schnitt (3) radial hervorstehende Passungsstrukturen (4) und eine an einem axialen Ende (5) des Passungsabschnitts (3) ausgebildete, die Passungsstrukturen (4) zumindest teilweise erfassende Fase (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abstand radial innerer Ränder (10, 11) einer jeweiligen Passungs- Struktur (4) zum axialen Ende (5) hin verringert. 1. Shaft (1) with a central axis (2) and a fitting section (3) for forming a form-fitting shaft-hub connection, the fitting section (3) radially protruding fitting structures (4) and one at one axial end (5 ) of the fitting section (3) has bevel (6) which at least partially grips the fitting structures (4), characterized in that there is a distance between radially inner edges (10, 11) of a respective fitting structure (4) and the axial end (5 ) decreased.
2. Welle nach Anspruch 1 , wobei die radial inneren Ränder (10, 11 ) zum axialen Ende (5) hin in einem Punkt (12) zusammenlaufen. 2. Shaft according to claim 1, wherein the radially inner edges (10, 11) converge towards the axial end (5) at a point (12).
3. Welle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die radial inneren Ränder (10, 11) jeweils gerade unter einem Winkel (l) bezüglich einer zur Mittelachse (2) parallelen Linie (14) zum axialen Ende (5) hin verlaufen. 3. Shaft according to claim 1 or 2, wherein the radially inner edges (10, 11) each extend straight at an angle (l) with respect to a line (14) parallel to the central axis (2) towards the axial end (5).
4. Welle nach Anspruch 3, wobei der Winkel (l) zwischen 10° und 60° beträgt. 4. Shaft according to claim 3, wherein the angle (l) is between 10 ° and 60 °.
5. Welle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die radial inneren Ränder (10, 11) jeweils unter Ausbildung eines Bogens zum axi- alen Ende (5) hin verlaufen. 5. Shaft according to claim 1 or 2, wherein the radially inner edges (10, 11) each extend with the formation of an arc towards the axial end (5).
6. Welle nach Anspruch 5, wobei eine vom Anfang bis zum Ende des Bogens verlaufende Sehne des Bogens einen Winkel (l) zwischen 10° und 60° mit einer zur Mittelachse (2) parallelen Linie (14) einschließt. 6. Shaft according to claim 5, wherein a chord of the arc extending from the beginning to the end of the arc encloses an angle (l) between 10 ° and 60 ° with a line (14) parallel to the central axis (2).
7. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei7. Shaft according to one of the preceding claims, wherein
- die Fase (6) näher am axialen Ende (5) beginnt als ein dem axialen Ende (5) nächster Punkt maximalen Abstands der radial inneren Ränder (10, 11) liegt und/oder - ein radial äußerer zum axialen Ende (5) weisender Abschnitt (19) der Passungsstruktur (4) abgeflacht unter einem Fasenwinkel (f) der Fase (6) verläuft. - The bevel (6) begins closer to the axial end (5) than a point closest to the axial end (5) of maximum distance between the radially inner edges (10, 11) and / or - a radially outer one pointing towards the axial end (5) Section (19) of the fitting structure (4) is flattened and runs at a bevel angle (f) of the bevel (6).
8. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Passungsstruktur (4) in ihrem von der Fase (6) erfassten Bereich - ebene Seitenflächen (17), die vorzugsweise einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene einschließen, oder8. Shaft according to one of the preceding claims, wherein a respective fitting structure (4) in its area covered by the bevel (6) - flat side surfaces (17), which preferably form an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction include, or
- gewölbte Seitenflächen (17), die vorzugsweise eine einen Winkel zwischen 30° und 70° mit einer senkrecht zur Umfangsrichtung stehenden Ebene einschließende Sehne haben, aufweist. - Arched side surfaces (17), which preferably have a chord enclosing an angle between 30 ° and 70 ° with a plane perpendicular to the circumferential direction.
9. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Passungsstruktur (4) bezüglich einer senkrecht zur Mittelachse stehenden Querschnittsfläche die Form - eines Polygons oder eines abgerundeten Polygons, wobei das Polygon vorzugsweise ein Dreieck oder ein Rechteck ist, oder 9. Shaft according to one of the preceding claims, wherein a respective fitting structure (4) with respect to a cross-sectional area perpendicular to the central axis has the shape - a polygon or a rounded polygon, the polygon preferably being a triangle or a rectangle, or
- eines Halbkreises oder Halbovals aufweist. - Has a semi-circle or semi-oval.
10. Umformwerkzeug (50) zum Herstellen einer Welle (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Matrize (51) mit einer Durchgangsöffnung (52) zum Durchführen eines angefasten Wellenkörpers, wobei die Matrize (51) in einem inneren Rand (54) der Durchgangsöffnung (52) Eintiefungen (55) zum Ausbilden von Passungsstrukturen (4) auf dem Wellenkörper auf- weist, wobei sich ein Abstand radial innerer Ränder (56, 57) einer jeweiligen Ein- tiefung (55) zum axial Inneren der Durchgangsöffnung (52) hin verringert. 10. Forming tool (50) for producing a shaft (1), in particular according to one of the preceding claims, comprising a die (51) with a through opening (52) for passing through a chamfered shaft body, the die (51) in an inner edge ( 54) of the through opening (52) has recesses (55) for forming fitting structures (4) on the shaft body, a distance between radially inner edges (56, 57) of a respective recess (55) and the axially interior of the through opening (52) decreased.
11. Umformwerkzeug nach Anspruch 10, wobei die Matrize (51) durch mehrere, vorzugsweise drei, getrennte Matrizenelemente (59), die an einem Träger (60) des Umformwerkzeugs (50) befestigt sind, ausgebildet ist, wobei jedes Matrizenelement (59) mehrere der Eintiefungen aufweist und in Umfangsrichtung zu einem oder beiden benachbarten Matrizenelement (59) glatt ist. 11. Forming tool according to claim 10, wherein the die (51) is formed by several, preferably three, separate die elements (59) which are attached to a carrier (60) of the forming tool (50), each die element (59) having several which has recesses and is smooth in the circumferential direction to one or both adjacent die elements (59).
12. Verfahren zum Herstellen einer Welle (1), umfassend folgende Schritte:12. A method for producing a shaft (1), comprising the following steps:
- Bereitstellen eines Wellenkörpers, - Provision of a shaft body,
- Ausbilden eines Passungsabschnitts (3) mit radial hervorstehende Passungsstrukturen (4), die zumindest teilweise von einer Fase (6) an einem axialen Ende (5) des Passungsabschnitts (3) erfasst sind, wobei sich ein Abstand radial innerer Ränder (10, 11) einer jeweiligen Passungsstruktur (4) zum axialen Ende (5) hin verringert. - Forming a fitting section (3) with radially protruding fitting structures (4) which are at least partially covered by a bevel (6) at an axial end (5) of the fitting section (3), a distance between radially inner edges (10, 11) ) a respective fitting structure (4) towards the axial end (5) is reduced.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei zum Ausbilden des Passungsabschnitts ein Umformwerkzeug (50) nach Anspruch 10 oder 11 verwendet wird. 13. The method according to claim 12, wherein a forming tool (50) according to claim 10 or 11 is used to form the fitting section.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei ein Wellenkörper mit bestehenden Passungsstrukturen (4a) und einer die bestehenden Passungsstrukturen (4a) erfassenden bestehenden Fase am axialen Ende (5) bereitgestellt wird, wobei beim Ausbilden des Passungsabschnitts (3) ein Volumenübereinstimmung zwischen einem Volumen (Vi) eines Bereich einer jeweiligen bestehenden bestehende Passungsstrukturen (4), der von der bestehenden Fase erfasst und durch eine zur Mittelachse (2) senkrechte Ebene begrenzt ist, und einem Volumen (V2) eines Bereichs einer jeweiligen Passungsstruktur (4) der Welle (1), in welchem sich der Abstand der radial inneren Ränder (10, 11) zum axialen Ende (5) hin verringert und durch eine zur Mittelachse (2) senkrechte Ebene begrenzt ist, von wenigstens 95 %, bevorzugt wenigstens 99 % erzeugt wird. 14. The method according to claim 12 or 13, wherein a shaft body with existing fitting structures (4a) and an existing bevel at the axial end (5) that encompasses the existing fitting structures (4a), wherein a volume match between a Volume (Vi) of an area of a respective existing fitting structure (4), which is covered by the existing bevel and is delimited by a plane perpendicular to the central axis (2), and a volume (V2) of an area of a respective fitting structure (4) of the shaft (1), in which the distance between the radially inner edges (10, 11) decreases towards the axial end (5) and is limited by a plane perpendicular to the central axis (2), is produced by at least 95%, preferably at least 99% .
15. Rotor (101 ) für eine elektrische Maschine (100), umfassend 15. A rotor (101) for an electrical machine (100), comprising
- eine Welle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14 erhaltene Welle (1) und - ein formschlüssig mit dem Passungsabschnitt (3) verbundenen Rotorkern (102) und/oder Resolver. - a shaft (1) according to one of claims 1 to 9 or one by a method A shaft (1) obtained according to one of Claims 12 to 14 and - a rotor core (102) and / or resolver connected to the fitting section (3) in a form-fitting manner.
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