WO2010072446A2 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2010072446A2
WO2010072446A2 PCT/EP2009/064112 EP2009064112W WO2010072446A2 WO 2010072446 A2 WO2010072446 A2 WO 2010072446A2 EP 2009064112 W EP2009064112 W EP 2009064112W WO 2010072446 A2 WO2010072446 A2 WO 2010072446A2
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WO
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drive shaft
connecting element
rotor
electrical machine
projection
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French (fr)
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WO2010072446A3 (de
Inventor
Rainer Stoeckl
Anja Hofmeister
Miro Bekavac
Daniel Gremmel
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures
    • H02K1/30—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures using intermediate parts, e.g. spiders

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine according to the preamble of claim 1 and a method for connecting a rotor of an electrical machine to a drive shaft according to the preamble of claim 13.
  • rotors In the manufacture of rotors for large electrical machines rotors are known, for example, consist of disk packs with permanent magnets and a so-called rotor carrier. These rotor carriers are generally connected to a drive shaft, which also serves as a vehicle drive train extension, so that a torque transmission of the electric machine from the rotor to the drive shaft is made possible. For example, in electric machines of the hybrid drive module, the rotor is connected to the drive shaft so that the torque can be transmitted from the rotor to the vehicle drive train or vice versa.
  • DE 100 00 253 A1 describes a drive system which connects an electric machine with a rotor arrangement, which is connected or connectable to a drive shaft for common rotation, and a stator arrangement and a coupling device whose input area is connected to the drive shaft for common rotation is attached, wherein on the drive shaft, a coupling element is mounted, which carries a rotor interaction region of the rotor assembly, and which is connected to the input region of the coupling device for common rotation.
  • the interaction region of the rotor assembly described in DE 100 00 253 A1 is supported by a plurality of rivet bolts with the interposition of a spacer disk on a disk-like coupling element of the rotor assembly.
  • the disk-shaped coupling element is a disk punched out of sheet metal material and then shaped, which is fixed radially inward via a spacer sleeve and a plurality of threaded bolts on the drive shaft.
  • the coupling element not only serves for the non-rotatable coupling of the rotor interaction region with the drive shaft, but also serves for the non-rotatable coupling of the housing forming an input region of the coupling device with the drive shaft.
  • the coupling element is formed with a first engagement formation, which comprises a circumferentially successively arranged and formed in the manner of a Hirth tooth coupling protrusions which are formed from radially inward to radially outward and extending in the circumferential direction and in the axial direction in the direction the housing are tapered to form.
  • a second engagement formation is provided on the housing.
  • the second engagement formation comprises a carrier element, which has a second engagement formation in the form of driving projections, which are complementarily shaped to the coupling projections. That is, the first and second engagement formation are formed such that they can enter each other when approaching axially, and thereby engage with each other by the projections formed in the manner of a Hirth serration.
  • Rotor and the drive shaft are structurally complex.
  • an electric machine which has a stator and a rotor, wherein the rotor is coupled via a connecting element with a drive shaft, wherein the drive shaft and the connecting element are joined together by joining directly against rotation. Consequently is a simple and therefore inexpensive way a connection between the connecting element, which serves as a rotor carrier of an electric machine, and the drive shaft, which is also an extension of the drive train, generated, which can effectively transmit the required torque and the forces occurring , In particular, by joining the drive shaft and the connecting element, the tangential forces can be transmitted.
  • the connecting element is preferably provided with at least one first projection, which can be joined together with at least one second recess arranged correspondingly on the drive shaft.
  • the drive shaft is provided with the at least one first projection
  • the dacasele- element is provided with the at least one second recess
  • the at least one first projection on the drive shaft and the at least one second recess arranged on the connecting element are that they are connectable.
  • the at least one first projection on the connecting element or on the drive shaft is formed by embossing the material.
  • the at least one first protrusion on the connecting element or on the drive shaft can be directly cast on.
  • the drive shaft and the connecting element are joined by play / transition or interference fit to transmit the tangential forces.
  • the connection through play / transition fit has the
  • the drive shaft and the connecting element are additionally screwed, riveted or stoffschlüs- sig together.
  • This has the advantage that the additionally axially occurring forces can be transmitted by means of positive locking. It is also particularly preferred if the drive shaft and the connecting element are joined by clinching.
  • Such a torque transmission has the further advantage that the additional fixing by means of screws or rivets can be omitted, since in the connected by clinching parts, especially in the connected by clinching drive shaft and connecting element, both axial and tangential forces can be transmitted. This facilitates assembly and also reduces costs.
  • connection by means of clinching has the further advantage that, in contrast, for example, to welding process no heat input into the components, which thus prevents thermal distortion of the parts.
  • joining without introducing additional materials or fasteners is possible, which brings economic benefits.
  • Balancing the rotor is available.
  • here is the possibility for subtractive balancing.
  • material can be removed directly from the first projection, which also serves as a connection point, as long as the required power transmission is not impaired.
  • At least one second projection is provided on the connecting element or on the drive shaft, which can be used for balancing the rotor.
  • at least one additional second projection which can be produced in the same operation as the at least one first projection, for example in an embossing process, the joint between the first projection and the second recess when removing material is not affected at all. flows, so that an optimal power transmission is ensured.
  • the connection point achieved by the clinching is usable for balancing the rotor.
  • two variants are possible when connecting the drive shaft and the connecting element by means of clinching.
  • the clinching is performed without a pre-hole operation.
  • this first variant can by
  • the rotor consists of a disk set with permanent magnets.
  • the connecting element is cup-shaped.
  • the connecting element may be made in one or more parts and / or be constructed as a single or double pot shape.
  • the design as a pot is preferably used in large-sized electrical machines, such as electric and hybrid drives.
  • a method of connecting a rotor of an electric machine to a drive shaft wherein the rotor is coupled to the drive shaft via a connecting element, and wherein the method comprises a step of joining the drive shaft and the connecting element.
  • the method further comprises a step of screwing the drive shaft and the connecting element.
  • the step of joining comprises insert-fitting the drive shaft and the connecting element.
  • 3a shows a section through a rotor with a connecting element with a simple pot shape
  • 3b shows a section through a rotor with a connecting element with double cup shape
  • FIG. 4a shows a section through a portion of a drive shaft and a portion of a connecting element before joining
  • FIG. 4b shows a section through the section of the drive shaft and the section of the connecting element from FIG. 4a after joining
  • FIG. 5 shows a section through a rotor which is connected by means of a connecting element with a drive shaft by means of clinching
  • 6a, 6a ', 6b, 6b' are schematic diagrams of arrangements for clinching without pre-hole operation.
  • a schematically illustrated hybrid drive device 1 is shown for a motor vehicle.
  • the hybrid drive device 1 for a motor vehicle comprises an internal combustion engine 2 and an electric machine 3, which functions as a motor and generator, in each case for driving or decelerating the motor vehicle.
  • the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 are connected to each other by means of a drive shaft 4.
  • the mechanical coupling between the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 can be made and canceled by means of a clutch 5.
  • an elasticity 6 is arranged in the drive shaft 4, which couples the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 together.
  • the electric machine 3 is mechanically coupled to a differential gear 7.
  • a converter 8 and a transmission 9 are arranged.
  • the electric machine 3 for the hybrid drive device 1 which is not shown here in detail, can be designed as an internal pole machine with a fixed stator (not shown) and a rotating rotor (not shown), wherein the rotor is rotatably mounted about a rotor shaft.
  • FIG. 2 shows a section through a section of a drive train 12 with a detail of the electric machine 3 shown schematically in FIG
  • the drive shaft 13 which is shown here as part of the drive train 12 which leads in the direction of the arrow P to the internal combustion engine (not shown) and in the direction of the arrow P 'to the transmission (not shown), is connected to the rotor arm support.
  • connecting member 14 directly rotatably connected to a first portion 15 of the connecting element 14.
  • the connecting element 14 is formed in the embodiment in one piece and cup-shaped and is also connected to a second portion 16 with a disk set 17 of a rotor 18.
  • FIG. 3a and 3b each show a section through a rotor 18 made of plate packs 17, which can be used for large electrical machines.
  • the rotor 18 is fixed in a connecting element 14 with a simple cup shape serving as the rotor carrier, whereas the rotor 18 in FIG. 3 b is fixed in a connecting element 14 with a so-called T-shaped cup shape.
  • FIG. 4 a shows a section through a section of a drive shaft 13 and a section of a connecting element 14 before joining
  • FIG. 4b shows a section through the section of the drive shaft 13 and the section of the connecting element 14 of FIG. 4a after joining
  • the first portion 15 of the connecting element 14 is provided with a plurality of first projections 19 which project from a surface 20 of the first portion 15.
  • the first projections 19 are formed as protruding knobs, which have been embossed by means of an embossing process in the material of the connecting element 14.
  • the connecting element 14 is a cast part, the first projections 19 can be cast directly onto the surface 20.
  • first projections 19 can also be used to balance the rotor 18.
  • 20 first recesses 21 are provided in the form of through holes in the surface.
  • the surface 20 of the first portion 15 is opposed to the joining of a surface 22 of a flange-shaped portion 23 provided on the drive shaft 13.
  • first recesses 21 are also provided in the form of through holes, which, when the drive shaft 13 and the connecting element 14 are joined together, respectively the positions of the in the
  • Connecting element 14 provided first recesses 21 correspond and form a common through hole.
  • second recesses 24 are also provided in the embodiment in the form of through-holes, the positions of which, when the drive shaft 13 and the connecting member 14 are joined, respectively correspond to the positions of the first projections 19.
  • Figure 4b can be seen that after joining, z. B. by play / transition or interference fit, the first projections 19 are joined in the second recesses 24 of the flange-shaped portion 23. By joining the tangential forces are transmitted.
  • first projections 19 may be provided in the flange-shaped section 23 of the drive shaft 13 and the second recesses 24 may be provided in the first section 15 of the connecting element 14.
  • Fig. 5 shows a section through a rotor 18 which is provided with a drive shaft 13 as
  • Part of a drive train 12 is connected via a connecting element 14, wherein, in contrast to the embodiment shown in Figures 4a and 4b, the connection points 26 between the connecting element 14 and the drive shaft 13 and between the first portion 15 of the connecting element 14 and the flange-shaped portion 23 of Drive shaft 13 can be achieved by clinching. Also omitted in this embodiment, the additional fixation of the two elements by means of screws or the like.
  • the number and design of the joints 26 is variable and depends on the forces to be transmitted.
  • FIGS. 6a, 6a ', 6b and 6b' show a schematic representation of arrangements for clinching without Vorlochvorgang.
  • a smooth surface is shown before the clinching, which z. B. corresponds to the first portion 15 of the connecting element 14.
  • the surface of the flange-shaped portion 23 of the shaft 13 may be used.
  • FIGS. 6a 'and 6b' show the surfaces respectively shown in FIGS. 6a and 6b after the clinching performed by means of a corresponding tool 27.
  • FIGS. 6c, 6c ', 6d and 6d' show a further schematic representation of arrangements for insertion through pre-punching.
  • the surface 20 of the first section 15 of the connecting element 14 is provided with a recess 28 before the clinching operation, which, however, is not continuous
  • the embodiment shown in FIG. 6d is provided with a recess 28 'in front of the clinching operation the surface 20 of the first portion 15 is provided, which is continuous.
  • FIGS. 6c 'and 6d' show the surfaces respectively shown in FIGS. 6c and 6d according to the clinching performed by means of the corresponding tool 27.
  • the surface into which the recesses 28 or 28 'are introduced may alternatively be the surface 22 of the flange-shaped portion 23 of the drive shaft 13.
  • the connecting points between the connecting element 14 and the drive shaft 13 can furthermore be used for balancing the rotor 18.

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
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Abstract

Elektrische Maschine (3), welche einen Stator und einen Rotor (18) aufweist, wobei der Rotor (18) über ein Verbindungselement (14) mit einer Antriebswelle (13) gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle (13) und das Verbindungselement (14) durch Fügen drehfest miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Verbinden eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einer Antriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Stand der Technik
Bei der Fertigung von Rotoren für große elektrische Maschinen sind Rotoren bekannt, die beispielsweise aus Lamellenpaketen mit Permanentmagneten und ei- nem sogenannten Rotorträger bestehen. Diese Rotorträger werden im Allgemeinen mit einer Antriebswelle, die zugleich als Fahrzeugtriebstrangverlängerung dient, so verbunden, dass eine Drehmomentübertragung der elektrischen Maschine vom Rotor auf die Antriebswelle ermöglicht wird. Beispielsweise bei elektrischen Maschinen des Hybridantriebsmoduls wird der Rotor mit der Antriebswel- Ie so verbunden, dass die Drehmomentübertragung vom Rotor in den Fahrzeugtriebstrang oder umgekehrt erfolgen kann.
In DE 100 00 253 A1 ist ein Antriebssystem beschrieben, welches eine Elektro- maschine mit einer Rotoranordnung, welche mit einer Antriebswelle zur gemei- nesamen Drehung verbunden oder verbindbar ist, und eine Statoranordnung sowie eine Kopplungseinrichtung, deren Eingangsbereich mit der Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung verbunden ist, umfasst, wobei an der Antriebswelle ein Kopplungselement angebracht ist, das einen Rotor-Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung trägt, und das mit dem Eingangsbereich der Kopplungseinrich- tung zur gemeinsamen Drehung verbunden ist. Insbesondere ist der in DE 100 00 253 A1 beschriebene Wechselwirkungsbereich der Rotoranordnung durch eine Mehrzahl von Nietbolzen unter Zwischenlagerung einer Distanzscheibe an einem scheibenartig ausgebildeten Kopplungselement der Rotoranordnung getragen. Das scheibenförmig ausgebildete Kopp- lungselement ist eine aus Blechmaterial gestanzte und dann umgeformte Scheibe, die radial innen über eine Distanzhülse und eine Mehrzahl von Schraubbolzen an der Antriebswelle festgelegt ist. Das Kopplungselement dient nicht nur zur drehfesten Kopplung des Rotorwechselwirkungsbereichs mit der Antriebswelle, sondern dient gleichzeitig auch zur drehfesten Kopplung des einen Eingangsbe- reichs der Kopplungseinrichtung bildenden Gehäuses mit der Antriebswelle. Zu diesem Zweck ist das Kopplungselement mit einer ersten Eingriffsformation ausgebildet, welche eine in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnete und nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildeten Kopplungsvorsprüngen umfasst, die von radial innen nach radial außen und sich in Umfangsrichtung erweiternd ausgebildet sind und in Achsrichtung in Richtung auf das Gehäuse zu sich verjüngend ausgebildet sind. Dieser ersten Eingriffsformation zugeordnet ist an dem Gehäuse eine zweite Eingriffsformation vorgesehen. Die zweite Eingriffsformation umfasst ein Mitnahmeelement, welches eine zweite Eingriffsformation in Form von Mitnahmevorsprüngen aufweist, die zu den Kopplungsvorsprüngen komple- mentär geformt sind. Das heißt, die erste und zweite Eingriffsformation sind derartig gebildet, dass sie bei axialer Annäherung ineinander eintreten können und dabei durch die nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildeten Vorsprünge ineinander eingreifen.
Die im Stand der Technik bekannte Konfiguration zur drehfesten Verbindung des
Rotors und der Antriebswelle ist jedoch konstruktiv aufwändig.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, welche einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Rotor über ein Verbindungselement mit einer Antriebswelle gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle und das Verbindungselement durch Fügen direkt drehfest miteinander verbunden sind. Somit wird auf einfache und daher kostengünstige Art und Weise eine Verbindung zwischen dem Verbindungselement, welches als Rotorträger einer elektrischen Maschine dient, und der Antriebswelle, die zugleich eine Verlängerung des Triebstrangs darstellt, erzeugt, die effektiv das geforderte Drehmoment und die auftre- tenden Kräfte übertragen kann. Insbesondere können durch Fügen der Antriebswelle und des Verbindungselements die tangential auftretenden Kräfte übertragen werden.
Vorzugsweise ist das Verbindungselement mit zumindest einem ersten Vor- sprung versehen, der mit zumindest einer entsprechend an der Antriebswelle angeordneten zweiten Aussparung zusammenfügbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebswelle mit dem zumindest einen ersten Vorsprung versehen, wobei das Verbindungsele- ment mit der zumindest einen zweiten Aussparung versehen ist, wobei der zumindest eine erste Vorsprung an der Antriebswelle und die zumindest eine zweite Aussparung an dem Verbindungselement derartig angeordnet sind, dass sie zusammenfügbar sind.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine erste Vorsprung an dem Verbindungselement oder an der Antriebswelle durch Prägen des Materials gebildet.
Alternativ kann, wenn es sich bei den zu verbindenden Elementen um Gussteile handelt, der zumindest einen ersten Vorsprung an dem Verbindungselement o- der an der Antriebswelle direkt angegossen sein.
Besonders bevorzugt sind die Antriebswelle und das Verbindungselement durch Spiel-/Übergangs- oder Presspassung gefügt, um die tangential auftretenden Kräfte zu übertragen. Die Verbindung durch Spiel-/Übergangspassung hat den
Vorteil, dass sie bei Bedarf zerstörungsfrei lösbar ist.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Antriebswelle und das Verbindungselement zusätzlich verschraubt, vernietet oder stoffschlüs- sig miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass die zusätzlich axial auftretenden Kräfte mittels Formschluss übertragen werden können. Auch ist es besonders bevorzugt, wenn die Antriebswelle und das Verbindungselement durch Durchsetzfügen gefügt sind. Eine derartige Drehmomentübertragung hat den weiteren Vorteil, dass die zusätzliche Fixierung mittels Schrauben oder Nieten entfallen kann, da bei den durch Durchsetzfügen verbundenen Teilen, insbesondere bei der durch Durchsetzfügen verbundenen Antriebswelle und Verbindungselement, sowohl axiale als auch tangentiale Kräfte übertragen werden können. Dies erleichtert die Montage und reduziert ebenfalls die Kosten. Auch hat das Vorsehen der Verbindung mittels Durchsetzfügen den weiteren Vorteil, dass im Gegensatz beispielsweise zu Schweißverfahren kein Wärmeeintrag in die Bauteile erfolgt, was somit einen thermischen Verzug der Teile verhindert. Außerdem ist hierbei das Fügen ohne Einbringen von Zusatzwerkstoffen oder Verbindungselementen möglich, was wirtschaftliche Vorteile mit sich bringt.
Besonders vorteilhaft ist auch, dass der zumindest eine erste Vorsprung zum
Auswuchten des Rotors nutzbar ist. Insbesondere besteht hier die Möglichkeit zum subtraktiven Wuchten. Dabei kann direkt von dem ersten Vorsprung, der auch als Verbindungsstelle dient, Material abgetragen wird, solange die erforderliche Kraftübertragung nicht beeinträchtigt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein zweiter Vorsprung an dem Verbindungselement oder an der Antriebswelle vorgesehen, der zum Auswuchten des Rotors nutzbar ist. Durch das Vorsehen de zumindest einen zusätzlichen zweiten Vorsprungs, er im gleichen Arbeitsgang wie der zu- mindest eine erste Vorsprung beispielsweise in einem Prägeverfahren, hergestellt werden kann, wird die Verbindungsstelle zwischen dem ersten Vorsprung und der zweiten Aussparung beim Abtragen von Material überhaupt nicht beein- flusst, so dass eine optimale Kraftübertragung sichergestellt ist.
Beim Herstellen der Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Verbindungselement mittels Durchsetzfügen ist die durch das Durchsetzfügen erzielte Verbindungsstelle zum Auswuchten des Rotors nutzbar. Dabei sind beim Verbinden der Antriebswelle und des Verbindungselements mittels Durchsetzfügen zwei Varianten möglich. Gemäß einer ersten Variante wird das Durchsetzfügen ohne einen Vorlochvorgang durchgeführt. Bei dieser ersten Variante kann durch
Materialabtrag an den Durchsetzpunkten gewuchtet werden, wobei jedoch die Übertragbarkeit der Kräfte gewährleistet bleiben muss und die Ausführung und Anzahl der Durchsetzpunkte entsprechend auszulegen ist. Bei einer zweiten Variante des Durchsetzfügens ist zumindest eines der Fügeteile, die Antriebswelle oder das Verbindungselement, vorgelocht oder vorab im Fügebereich umge- formt. Bei dieser Variante kann durch additives Wuchten Material in die Vertiefungen oder Löcher der Durchsetzpunkte eingebracht werden. Hierfür anwendbare Verfahren sind z. B. Einkleben, Anschweißen oder Verstemmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Rotor aus ei- nem Lamellenpaket mit Permanentmagneten.
Vorzugsweise ist das Verbindungselement topfförmig ausgebildet. Das Verbindungselement kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein und/oder als einfache oder doppelte Topfform aufgebaut sein. Die Bauform als Topf ist bevorzugt bei großformatigen elektrischen Maschinen, wie Elektro- und Hybridantriebe, einsetzbar.
Erfindungsgemäß wird darüber hinaus ein Verfahren zum Verbinden eines Rotors einer elektrischen Maschine mit einer Antriebswelle bereitgestellt, wobei der Rotor an die Antriebswelle über ein Verbindungselement gekoppelt wird, und wobei das Verfahren einen Schritt des Fügens der Antriebswelle und des Verbindungselements umfasst.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin einen Schritt des Verschraubens der Antriebswelle und des Verbindungselements umfasst.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Fügens ein Durchsetzfügen der Antriebswelle und des Verbindungselements.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnah- me auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Hybridantriebseinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Abschnitt eines Triebstrangs,
Fig. 3a einen Schnitt durch einen Rotor mit einem Verbindungselement mit einfacher Topfform,
Fig. 3b einen Schnitt durch einen Rotor mit einem Verbindungselement mit doppelter Topfform,
Fig. 4a einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Antriebswelle und einen Abschnitt eines Verbindungselements vor dem Fügen;
Fig. 4b einen Schnitt durch den Abschnitt der Antriebswelle und den Abschnitt des Verbindungselements von Fig. 4a nach dem Fügen;
Fig. 5 einen Schnitt durch einen Rotor, der mittels eines Verbindungselements mit einer Antriebswelle mittels Durchsetzfügen verbunden ist;
Fig. 6a, 6a', 6b, 6b'schematische Darstellungen von Anordnungen zum Durchsetzfügen ohne Vorlochvorgang; und
Fig. 6c, 6c', 6d, 6d'schematische Darstellungen von Anordnungen zum Durchsetzfügen mit Vorlochvorgang.
Ausführungsformen der Erfindung
In Fig. 1 ist eine schematisch dargestellte Hybridantriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Die Hybridantriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 2 sowie eine elektrische Maschine 3, die als Motor und Generator fungiert, jeweils zum Antreiben oder Verzögern des Kraftfahrzeuges. Die Verbrennungskraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 sind mittels einer Antriebswelle 4 miteinander verbunden. Die mechanische Kopplung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 kann mittels einer Kupplung 5 hergestellt und aufgehoben werden. Ferner ist in der Antriebswelle 4, welche die Verbrennungskraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 miteinander koppelt, eine Elastizität 6 angeordnet. Die elektrische Maschine 3 ist mit einem Differentialgetriebe 7 mechanisch gekop- pelt. In der Antriebswelle 4, welche die elektrische Maschine 3 und das Differentialgetriebe 7 miteinander verbindet, sind ein Wandler 8 und ein Getriebe 9 angeordnet. Mittels des Differentialgetriebes 7 werden über die Radachsen 10 die Antriebsräder 1 1 angetrieben. Die hier nicht im Detail dargestellte elektrische Maschine 3 für die Hybridantriebseinrichtung 1 kann als Innenpolmaschine mit ei- nem feststehenden Stator (nicht dargestellt) und einem rotierenden Rotor (nicht dargestellt) ausgebildet sein, wobei der Rotor um eine Rotorwelle drehbar gelagert ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt eines Triebstrangs 12 mit einem Ausschnitt der in Figur 1 schematisch dargestellten elektrischen Maschine 3. Die
Längsachse des Triebstrangs 12 ist mit L gekennzeichnet. Die Antriebswelle 13, die hier als Teil des Triebstrangs 12, welcher in Richtung des Pfeils P zum Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) und in Richtung des Pfeils P' zum Getriebe (nicht dargestellt) führt, dargestellt ist, ist mit dem als Rotorträger dienenden Ver- bindungselement 14 mit einem ersten Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 direkt drehfest verbunden. Das Verbindungselement 14 ist in der Ausführungsform einstückig und topfförmig ausgebildet und ist darüber hinaus an einem zweiten Abschnitt 16 mit einem Lamellenpaket 17 eines Rotors 18 verbunden. Die durch ein Fügeverfahren hergestellte drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 und der Antriebswelle 13 wird mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 noch näher erläutert werden.
Fig. 3a und 3b zeigen jeweils einen Schnitt durch einen aus Lamellenpaketen 17 hergestellten Rotor 18, der für große elektrische Maschinen einsetzbar ist. In Fi- gur 3a ist der Rotor 18 dabei in einem als Rotorträger dienenden Verbindungselement 14 mit einfacher Topfform fixiert, wohingegen der Rotor 18 in Figur 3b in einem Verbindungselement 14 mit sogenannter T-förmig ausgebildeter Topfform fixiert ist.
Fig. 4a zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Antriebswelle 13 und einen Abschnitt eines Verbindungselements 14 vor dem Fügen, wohingegen Fig. 4b einen Schnitt durch den Abschnitt der Antriebswelle 13 und den Abschnitt des Verbindungselements 14 von Fig. 4a nach dem Fügen zeigt. Der erste Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 ist mit einer Vielzahl von ersten Vorsprüngen 19 versehen, die von einer Oberfläche 20 des ersten Abschnitts 15 abragen. In der Ausführungsform sind die ersten Vorsprünge 19 als hervorstehende Noppen ausgebildet, die mittels eines Prägeverfahrens in das Material des Verbindungselements 14 geprägt worden sind. Wenn es sich beispielsweise bei dem Verbindungselement 14 dagegen um ein Gussteil handelt, können die ersten Vorsprünge 19 direkt an die Oberfläche 20 angegossen sein. Es können auch hier nicht dargestellte zweite Vorsprünge vorgesehen sein, die in einem Arbeitsschritt mit den ersten Vorsprüngen 19 wie diese hergestellt werden, welche jedoch nicht zum Fügen sondern lediglich zum Wuchten des Rotors 18 verwendet werden. Wie bereits erwähnt, können aber auch bereits die ersten Vorsprünge 19 zum Auswuchten des Rotors 18 dienen. Weiterhin sind in der Oberfläche 20 erste Aussparungen 21 in Form von Durchgangsbohrungen vorgesehen. Die Oberfläche 20 des ersten Abschnitts 15 liegt beim Fügen einer Oberfläche 22 eines an der Antriebswelle 13 vorgesehen flanschförmigen Abschnitts 23 gegenüber. In der Oberfläche 22 sind ebenfalls erste Aussparungen 21 in Form von Durchgangsbohrungen vorgesehen, welche, wenn die Antriebswelle 13 und das Ver- bindungselement 14 zusammengefügt sind, jeweils den Positionen der in dem
Verbindungselement 14 vorgesehenen ersten Aussparungen 21 entsprechen und eine gemeinsame Durchgangsbohrung bilden. Darüber hinaus sind in dem umlaufenden flanschförmigen Abschnitt 23 zweite Aussparungen 24 ebenfalls in der Ausführungsform in Form von Durchgangsbohrungen vorgesehen, deren Po- sitionen, wenn die Antriebswelle 13 und das Verbindungselement 14 zusammengefügt sind, jeweils den Positionen der ersten Vorsprünge 19 entsprechen. In Figur 4b kann erkannt werden, dass nach dem Fügen, z. B. durch Spiel- /Übergangs- oder Presspassung, die ersten Vorsprünge 19 in die zweiten Aussparungen 24 des flanschförmigen Abschnitts 23 gefügt sind. Durch das Fügen werden die tangential auftretenden Kräfte übertragen. Darüber hinaus sind in die durch die jeweils bezüglich der Position übereinstimmenden ersten Aussparungen 24 in dem Verbindungselement 14 und den flanschförmigen Abschnitt 23 Schrauben 25 eingeführt, die die axial auftretenden Kräfte mittels Formschluss übertragen. Alternativ können auch statt der Schrauben 25 Niete oder derglei- chen verwendet werden. Ebenfalls können auch alternativ die ersten Vorsprünge 19 in dem flanschförmi- gen Abschnitt 23 der Antriebswelle 13 und die zweiten Aussparungen 24 in dem ersten Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 vorgesehen sein.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Rotor 18, der mit einer Antriebswelle 13 als
Teil eines Triebstrangs 12 über ein Verbindungselement 14 verbunden ist, wobei im Gegensatz zu der in Figuren 4a und 4b dargestellten Ausführungsform die Verbindungsstellen 26 zwischen dem Verbindungselement 14 und der Antriebswelle 13 bzw. zwischen dem ersten Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 und dem flanschförmigen Abschnitt 23 der Antriebswelle 13 durch Durchsetzfügen erzielt werden. Auch entfällt in dieser Ausführungsform die zusätzliche Fixierung der beiden Elemente mittels Schrauben oder dergleichen. Die Anzahl und Ausführung der Verbindungsstellen 26 ist variabel und hängt von den zu übertragenden Kräften ab.
Fig. 6a, 6a', 6b und 6b' zeigen eine schematische Darstellung von Anordnungen zum Durchsetzfügen ohne Vorlochvorgang. Dabei ist in Figuren 6a und 6b jeweils eine glatte Fläche vor dem Durchsetzfügen dargestellt, welche z. B. dem ersten Abschnitt 15 des Verbindungselements 14 entspricht. Es kann alternativ aber auch die Fläche des flanschförmigen Abschnitts 23 der Welle 13 verwendet werden. Figuren 6a' und 6b' zeigen die in Figuren 6a und 6b jeweils dargestellten Flächen nach dem mittels eines entsprechenden Werkzeugs 27 durchgeführten Durchsetzfügen.
Schließlich zeigen Figuren 6c, 6c', 6d und 6d' eine weitere schematische Darstellung von Anordnungen zum Durchsetzfügen mit Vorlochvorgang. In dem in Figur 6c dargestellten Beispiel wird die Oberfläche 20 des ersten Abschnitts 15 des Verbindungselements 14 vor dem Durchsetzfügevorgang dabei mit einer Aussparung 28 versehen, die jedoch nicht durchgehend ist, wohingegen die in Figur 6d dargestellte Ausführungsform vor dem Durchsetzfügevorgang mit einer Aussparung 28' in der Oberfläche 20 des ersten Abschnitts 15 versehen ist, die durchgehend ist. Figuren 6c' und 6d' zeigen die in Figuren 6c und 6d jeweils dargestellten Flächen nach dem mittels des entsprechenden Werkzeugs 27 durchgeführten Durchsetzfügens. Wie auch bezüglich der in Figuren 6a und 6b dargestellten Ausführungsformen, kann es sich bei der Oberfläche, in welche die Aussparungen 28 oder 28' eingebracht werden, alternativ um die Oberfläche 22 des flanschförmigen Abschnitts 23 der Antriebswelle 13 handeln.
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 3 wesentliche Vorteile verbunden. Es wird auf einfache und somit kostengünstige
Art und Weise eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor 18 und der Antriebswelle 13 geschaffen, wobei die Verbindungsstellen zwischen dem Verbindungselement 14 und der Antriebswelle 13 darüber hinaus zum Auswuchten des Rotors 18 nutzbar sind.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Maschine (3), welche einen Stator und einen Rotor (18) aufweist, wobei der Rotor (18) über ein Verbindungselement (14) mit einer Antriebswelle (13) gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (13) und das Verbindungselement (14) durch Fügen drehfest miteinander verbunden sind .
2. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (14) mit zumindest einem ersten Vorsprung (19) versehen ist, der mit zumindest einer entsprechend an der Antriebswelle (13) angeordneten zweiten Aussparung (24) zusammenfügbar ist.
3. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (13) mit dem zumindest einen ersten Vorsprung (19) versehen ist, wobei das Verbindungselement (14) mit der zumindest einen zweiten Aussparung (24) versehen ist, wobei der zumindest eine erste Vorsprung (19) an der Antriebswelle (13) und die zumindest eine zweite Aussparung (24) an dem Verbindungselement (14) derartig angeordnet sind, dass sie zusammenfügbar sind.
4. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine erste Vorsprung (19) an dem Verbindungselement
(14) oder an der Antriebswelle (13) durch Prägen des Materials ausgebildet ist.
5. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 2 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine erste Vorsprung (19) an dem Verbindungselement (14) oder an der Antriebswelle (13) angegossen ist.
6. Elektrische Maschine (3) nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (13) und das Verbindungselement (14) durch Spiel-/ Übergangs- oder Presspassung gefügt sind.
7. Elektrische Maschine (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (13) und das Verbindungselement (14) zusätzlich verschraubt, vernietet oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
8. Elektrische Maschine (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis
7,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Vorsprung (19) zum Auswuchten des Rotors (18) nutzbar ist.
9. Elektrische Maschine (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein zweiter Vorsprung an dem Verbindungselement (14) oder an der Antriebswelle (13) vorgesehen ist, der zum Auswuchten des Rotors (18) nutzbar ist.
10. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebswelle (13) und das Verbindungselement (14) durch Durchsetzfügen gefügt sind.
1 1. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die durch Durchsetzfügen zwischen der Antriebswelle (13) und dem Verbindungselement (14) erzielte Verbindungsstelle (26) zum Auswuchten des Rotors (18) nutzbar ist.
12. Elektrische Maschine (3) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungselement (14) topfförmig ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Verbinden eines Rotors (18) einer elektrischen Maschine (3) mit einer Antriebswelle (13), wobei der Rotor (3) an die Antriebswelle (13) über ein Verbindungselement (14) gekoppelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren einen Schritt des Fügens der Antriebswelle (13) und des Verbindungselements (14) umfasst.
14. Verfahren gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren weiterhin einen Schritt des Verschraubens der Antriebs- welle (13) und des Verbindungselements (14) umfasst .
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