WO2013159843A2 - Rotorträger und verfahren zur herstellung eines rotorträgers - Google Patents

Rotorträger und verfahren zur herstellung eines rotorträgers Download PDF

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WO2013159843A2
WO2013159843A2 PCT/EP2013/000257 EP2013000257W WO2013159843A2 WO 2013159843 A2 WO2013159843 A2 WO 2013159843A2 EP 2013000257 W EP2013000257 W EP 2013000257W WO 2013159843 A2 WO2013159843 A2 WO 2013159843A2
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pot
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stop
support
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Martin DÖRINGER
Manfred Kempf
Hans-Günther MERHEIM
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Daimler Ag
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

Definitions

  • the invention relates to a rotor carrier for an electric machine according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a rotor carrier according to claim 6.
  • Rotor carriers for electrical machines and methods for their production are known.
  • An electric machine has a stator and a rotatably mounted in this rotor, wherein an electromagnetic coupling between the rotor and stator can be produced, which causes either the electric machine supplied electrical energy is converted into mechanical energy, or that
  • the electric machine thus works either as a motor or as a generator. It is possible that the same electric machine depending on
  • Operating mode is used both as a motor and as a generator. This is
  • the rotor of an electric machine typically comprises a rotor carrier with a carrier pot which serves to support at least one magnetic element.
  • the magnetic element is preferably formed as a laminated core, which is provided depending on the operation or design of the electric machine with at least one electrical winding or with at least one permanent magnet.
  • a plurality of windings or permanent magnets are provided at a constant angular distance.
  • the at least one magnetic element may be provided on an outer peripheral wall of the support pot or on an inner wall thereof.
  • the carrier pot has a hub for supporting a drive shaft.
  • an electric machine is also lightweight, that is, in particular, thin-walled, and mechanically highly resilient. It is of utmost importance, moreover, that the parts of the electric
  • Machine with high precision, great dimensional stability and low tolerance and low clearance are made. Even small deviations in a predetermined gap between rotor and stator, possibly even along the
  • Scope vary, can lead to significant performance losses of 30% and more of the rated power of the electric machine. Even imbalances lead to
  • tolerances and tolerance-related imbalances also lead to the performance of individual series-produced electrical machines fluctuating greatly over the entire series.
  • it is preferably provided to add the electric machine from as few parts as possible, in particular so as to produce as many parts as possible in one piece.
  • the flow forming process according to the technical teaching of DE 10 2010 010 269 A1 is based on a semi-finished sheet metal as the starting material. This generally leads either to only a low mechanical strength of the
  • Rotor carrier if this is thin-walled and correspondingly lightweight, or it leads to a comparatively thick-walled and heavy rotor arm, if this is designed to be mechanically highly resilient. According to the teaching of DE 103 58 456 A1, it is only found that the rotor carrier is made of a metallic material.
  • the invention is therefore based on the object to provide a rotor carrier and a method for its production, wherein power losses and in particular also power fluctuations of an electric machine or a series of electrical machinery in which the rotor arm is used, significantly reduced or avoided if possible.
  • the rotor carrier should be mechanically highly resilient, but as thin as possible and easily formed.
  • the object is achieved by providing a rotor carrier for an electrical machine having the features of claim 1.
  • Support pot at an axial distance from the hub has a stop for a support member of the rotor carrier for further storage of the drive shaft.
  • the support member is positionable on the stop and includes a bearing for the drive shaft so that it is supported not only in the region of the hub, but also at a further, axially spaced from the hub location.
  • imbalances are significantly reduced, preferably completely avoided.
  • the support element allows a precise, coaxial arrangement of the drive shaft relative to the axis of symmetry of the support pot. Overall, so losses in the performance of the electric machine are avoided, and also a series scattering is reduced, because due to the more precise storage of the drive shaft lower tolerances with respect to their arrangement are given.
  • the rotor carrier is preferred for an electric machine for use in a
  • Motor vehicle in particular a hybrid vehicle or an electrically powered vehicle provided.
  • the stop is preferably formed as a return.
  • This is preferably designed as a stepped step, on which the support member is seated.
  • the support cup comprises a - seen in the axial direction - substantially constant inner diameter, the same in the region of the recess - on a side facing away from the hub - increases, so that here a step is formed.
  • the step is preferably circumferentially formed circumferentially, and the support member is in the assembled state of the step. This results in particular a tilt-stable arrangement of the support element, so that the bearing for the drive shaft is always aligned exactly.
  • the stopper comprises a plurality of rear and / or projections provided on an inner wall of the support pot, which preferably are in the same angular distance from each other at the same height - in the axial direction - are arranged. Even so, a tilt-stable contact of the support member to the stop is possible.
  • the support element is preferably designed as a support disk. Alternatively, it is also possible that the support element is formed star-shaped.
  • a bearing in particular a rolling or needle bearing can be used, in which the drive shaft is rotatably mounted relative to the support pot.
  • the hub comprises on a side facing an interior of the support pot a holding means, preferably a toothing, for fastening a coupling, which is preferably designed as a multi-plate clutch. This is the output side connected to the drive shaft.
  • a torque can from the rotor carrier on the
  • Drive shaft are transmitted when the clutch is closed.
  • a torque transmission in the opposite direction ie from the drive shaft to the rotor carrier, possible.
  • closed loop clutch states it is possible to vary the transmitted torque gradually.
  • the rotor carrier can rotate freely relative to the drive shaft, so that no torque is transmitted.
  • a bearing for rotatably supporting the drive shaft is preferably also provided in the support element, namely preferably a roller or needle bearing. The rotor carrier, which comprises the carrier pot on the one hand and the support element on the other hand, is then completely free with respect to the clutch when the clutch is released
  • the drive shaft is integrally formed.
  • the rotor carrier results in a two-point bearing of the drive shaft, namely on the one hand in the hub and on the other hand in the support element.
  • the drive shaft is designed in several parts, in particular in two parts.
  • the drive-side shaft element is preferably mounted in the hub of the carrier pot, while the output-side shaft element is preferably mounted in the support element. It is possible for this purpose in the hub and / or in the support element Wälzoder needle roller bearings are provided.
  • the drive-side shaft element is preferably not connected to the driven-side shaft element and can be brought into operative connection with it only via the coupling.
  • the driven-side shaft element is not mounted in the carrier pot, but only in a housing of the electric machine or in a transmission housing. It is therefore not possible, a coaxiality of the driven side shaft member to the To ensure drive shaft element or to the rotor carrier. As a result, in particular imbalances can occur.
  • both the drive-side and the output-side are
  • Carrier pot is connected. Preferably, it is also set at a bottom of the carrier pot in addition. On the other hand, an end of the coupling facing away from the hub can remain free. This is unproblematic, especially for smaller electrical machines. For larger electrical machines, especially those which are higher
  • the coupling is also mounted in the support element in order to support it also at two axially spaced-apart locations in the rotor carrier.
  • the coupling is rotatably mounted in its end remote from the hub in the support element,
  • the drive shaft has a rolling or needle bearing, in which the output shaft is rotatably mounted, for example by means of a pin. This ensures additional coaxial alignment.
  • the support pot in the region of the hub preferably also includes a bearing with which it is itself stored, for example, in a transmission housing or in a housing of the electrical machine.
  • This bearing is preferably designed as a rolling or needle bearing or fixed bearing.
  • All of the bearings mentioned here are preferably designed as radial bearings. It is possible that at least one of the bearings mentioned here is at the same time designed as a thrust bearing. Particularly preferably, all the bearings mentioned here are designed both as radial and as axial bearings.
  • a rotor carrier is preferred, which is characterized in that the stop is provided at an end of the carrier pot facing away from the hub. This ensures that the support element is also provided at an end of the support pot facing away from the hub, the drive shaft and possibly also the coupling being supported on areas as far apart from one another as possible in the axial direction. This increases the stability of their storage.
  • the rotor carrier is preferably cylindrically symmetrical.
  • an axial direction responds to a direction parallel to a direction
  • Symmetryeachse the rotor carrier is oriented.
  • a circumferential direction responds to a direction concentric about the axis of symmetry.
  • a radial direction refers to a direction that is perpendicular to the axial direction.
  • Carrier cup is formed substantially cylindrical, wherein the stopper is arranged in the region of a collar, and wherein the annular collar has the shape of a conical enlargement.
  • the annular collar is provided on one of the hub facing away from the end of the carrier pot.
  • a peripheral wall of the same widens conically in its end region facing away from the hub, whereby the annular collar is formed.
  • the stop is preferably provided as a recess on an inner circumferential surface of the carrier pot.
  • a rotor carrier which is characterized in that at an axial distance from the stop an annular groove is provided in the inner peripheral surface of the carrier pot, which serves to receive a fastening element.
  • the axial distance of the annular groove to the stop preferably corresponds approximately to a thickness of the support element.
  • the fastening element is preferably designed as a snap ring. In the assembled state, the support element is preferably under
  • the support pot preferably has in its hub facing away from the front side
  • Fastening element can be introduced by means of a suitable pliers.
  • the recess is preferably formed so that the corresponding snap ring ends do not protrude beyond the end face of the support pot and not beyond its outer peripheral surface.
  • a three-point bearing is preferably realized in a one-piece drive shaft, because the drive shaft is mounted in the hub, in the support member and in the additional support member. If the shaft has several parts, in particular a drive-side and an output-side shaft element, the drive-side shaft element is preferably mounted in the hub, while the output-side element is mounted in the support element and in the additional support element. This results in one
  • the additional support element - viewed in the axial direction - is arranged directly behind the support element. It is therefore initially applied the support element to the stop, in which case the additional support element is applied to the support element.
  • both elements are preferably fixed with a received in the annular groove fastener, which may be formed as a snap ring.
  • the axial distance of the annular groove to the stop preferably corresponds approximately to a sum of the thicknesses of the support element on the one hand and the additional support element on the other.
  • the support element and the additional support element are preferably under bias or clamping on the one hand to the stop and on the other hand to the fastener, so that they - are fixed in the axial direction.
  • rotor arm which is characterized in that in a peripheral wall of the support pot - seen in the axial direction - at the level of the support member, a radial bore for receiving a securing element is arranged, so that the securing element can be passed through the radial bore.
  • the support element preferably has a radial recess provided in its outer peripheral surface in the form of a hole or an axially extending groove into which the securing element is insertable when it is passed through the radial bore in the peripheral wall of the support pot. The Securing element then prevents relative rotation between the support member and the support pot, so that this - seen in the circumferential direction - in a
  • the securing element may be designed as a pin, as a screw or in another suitable manner.
  • the radial bore passes through the peripheral wall of the support cup, so that the securing element can be inserted from the outside into and inserted through it, so that it ultimately engages in the radial recess of the support element.
  • the support cup has at least one oil passage bore in order to be able to discharge oil to the outside. This is aligned in the assembled state preferably with at least one provided in the support member
  • Oil passage holes are preferably provided on a hub having the bottom of the carrier pot, wherein they can be arranged radially outward and / or radially further inside to the hub. Different oil passage holes can have different sizes.
  • longitudinal grooves are preferably introduced. These preferably segment the peripheral surface and serve to align and retain the at least one magnetic element, in particular the laminated core, which are preferably mounted on the outer circumference of the support pot.
  • the longitudinal grooves preferably result in various possible arrangements for the at least one magnetic element. It is possible, over the concrete
  • the support cup or a variation of the number and / or the rows of arranged on the support cup magnetic elements different power ratings of the electric machine to realize.
  • a modular construction of the electrical machine is possible.
  • the longitudinal grooves also serve to ensure a function of the magnetic elements.
  • the hub is preferably formed integrally with the carrier pot. It preferably has an outer toothing as a holding means for a clutch, in the mounted state preferably engages an internal toothing of a multi-plate clutch.
  • a carrier pot for a rotor carrier is also preferred, which has at least one of the features mentioned here in connection with the rotor carrier.
  • the carrier cup is therefore suitable for use in such a rotor carrier, so that realize the advantages mentioned in connection with the rotor arm.
  • the method comprises producing a precontour of a carrier pot with a hub, wherein the precontour is produced from a blank by spin forming (flow molding method).
  • spin forming a stop for a support member is made, wherein the stopper is formed by the spin forming.
  • the stop in the region of a collar-like, preferably conical extension of a
  • a flow-forming process provides a very elegant way to form the carrier pot of a rotor carrier with tight tolerances, high-precision and in one piece. At the same time, it is readily possible to form the stop for the support element on the inner circumferential surface of the support pot at an axial distance from the hub directly during the flow forming. It therefore needs no further process step here. In particular, it is possible by means of the flow-forming process to form the precontour of the carrier pot so that it is already in the
  • Substantially corresponds to a final contour. Subsequent processing steps that are required to ensure functionality and compliance with the tolerance requirements described above with respect to the rotor carrier, in particular a machining finishes are thereby reduced, and there is only a small amount of material removed to get from the precontour to the final contour. This saves on one material and improves the other the strength and
  • a method is preferred, which is characterized in that the blank by massive forming, preferably as a forged part, preferably by means of
  • Drop forging is produced. If, in the following, a forging method, forging or a forging part is addressed, this serves only a shorter expression; it is always a general mass forming
  • a rough contour of the hub is formed in the forging.
  • the precontour of the hub is then produced during the flow forming from the rough contour.
  • it is possible that the pre-contour of the hub is already produced during forging.
  • the hub only during spin forming. Even a bottom geometry of the carrier pot can already be roughly preformed during forging.
  • the forging of the blank has the advantage that already a fiber flow in the blank can be set so that at a later stretching no
  • Disconnecting the fiber can be done. Because of the forging caused
  • the carrier pot has a high mechanical strength.
  • a method is preferred, which is characterized in that the blank is machined before the spin forming.
  • at least one end face of the blank is machined in order to ensure a clean, uniform installation for the spinning mandrel or an optimal clamping in the flow-forming machine.
  • both end faces of the blank are machined.
  • a peripheral surface, preferably both an outer and an inner peripheral surface of the blank is rotatably machined prior to spin forming.
  • the carrier pot After turning, the carrier pot is press-rolled with the hub, wherein a measured in the axial direction of the length of the pot as needed in particular the
  • a method is also preferred, which is characterized in that the precontouring by machining to a final contour of the carrier pot
  • the finishing includes in particular a turning, milling, drilling and / or deburring.
  • different functional and / or oil passage holes are produced.
  • An outer peripheral surface of the support pot is preferably over-turned in order to create the most suitable support and / or friction surface for the at least one magnetic element, in particular the laminated cores.
  • axial grooves are preferably in the outer peripheral surface of the support pot.
  • Peripheral surface introduced, via which the at least one magnetic element or the laminated cores can be secured non-slip and pre-fixing on the support pot, where they are aligned for final assembly.
  • the finishing preferably also includes the production of a spline on the hub by means of Wälzdorfen or gear teeth, wherein the coupling plugged for the drive shaft in a later step on the spline becomes.
  • the spin forming or after finishing a profile rolling of the spline done.
  • the toothing is hardened to increase its wear resistance.
  • hardening can alternatively be omitted by strain hardening.
  • a method is preferred, which is characterized in that a support element is arranged in the region of the stop. Only then will the
  • Rotor carrier which - as already indicated - includes both the carrier pot and the support element, completely finished.
  • the support element is preferably designed as a support disk, which closes the support pot at its end facing away from the hub.
  • Fig. 1 is a three-dimensional view of an embodiment of a
  • Carrier pot wherein the viewer faces an inside
  • Fig. 2 is a three-dimensional view of an outside of the carrier pot according to
  • FIG. 1 A first figure.
  • Figure 1 shows a three-dimensional view of an embodiment of a
  • Carrier pot 1 wherein the inside facing the viewer. It has a hub 3 for supporting a drive shaft, not shown, wherein in the assembled state in the hub 3, a rolling or needle bearing is pressed, through which the drive shaft is rotatably connected to the carrier pot 1.
  • a rolling or needle bearing is pressed, through which the drive shaft is rotatably connected to the carrier pot 1.
  • the hub 3 On its outer circumferential surface, the hub 3 has a holding means 5 for a coupling, which is designed here as a spline.
  • a coupling which is designed here as a spline.
  • the assembled state is preferably a multi-plate clutch with a corresponding internal toothing on the
  • Plug-in toothing 5 attached.
  • the coupling of the rotationally fixed coupling of the carrier pot 1 with the drive shaft is used.
  • a stop 7 is provided, which here as a return of an inner peripheral surface 9 of the carrier pot. 1 is trained.
  • An inner diameter of the support pot 1 increases in the illustrated embodiment on a side facing away from the hub 3 of the
  • the carrier cup 1 is formed substantially cylindrical.
  • the stop 7 is arranged in the region of an annular collar 15, wherein this has the shape of a conical widening opening in the direction of the observer.
  • both the annular collar 15 and the stage 1 1 are introduced during the flow forming in the precontour of the carrier pot 1. But it is also possible that at
  • Peripheral surface 9 is introduced, which serves to receive in particular a trained as a snap ring fastener.
  • the annular collar 5 in its end face 19 has a recess 21, in which the ends of the snap ring can be used by means of a suitable pliers.
  • a preferably designed as a support disk support element - is introduced from the front obliquely in Figure 1 - in the interior of the carrier pot 1, wherein it abuts against the stop 7.
  • a preferably designed as a snap ring fastener is inserted into the groove 17, wherein the ends of which are received by the recess 21.
  • the support element is then - seen in the axial direction - between the
  • the axial distance of the annular groove 17 to the stopper 7 preferably corresponds approximately to a thickness of the support element. It is particularly preferred that the support element is held under clamping or prestressing between the snap ring and the stopper 7.
  • the axial distance of the annular groove 17 from the stop 7 is preferably formed slightly less than it corresponds to a thickness of the support member.
  • a radial bore 25 is formed, which the
  • Circumferential wall 23 interspersed. This serves to receive a securing element, which is preferably designed as a pin or screw. This engages in the assembled state in a radial recess of a peripheral wall of the support element, so that this - seen in the circumferential direction - is fixed in a predetermined position relative to the support pot 1.
  • a securing element which is preferably designed as a pin or screw.
  • oil passage holes provided in the peripheral wall 23 of the support pot 1 holes 27, which preferably serve as oil passage holes.
  • the carrier pot 1 has a bottom 29, via which the hub 3 with the
  • Circumferential wall 23 is connected. In the region of the bottom 29, further oil passage bores and / or auxiliary installation bores, for example for attachment to a hybrid head, are preferably provided. In the illustrated
  • Embodiment in a transition region between the peripheral wall 23 and the bottom 29 comparatively small holes 31 are arranged, through which oil, in particular by means of the centrifugal force, which in the rotating in operation
  • Carrier pot 1 results, can be thrown out.
  • At least one of the bores 31 can be used for attachment, for example by riveting, of a spacer, compensating and / or terminating ring for different alignments of magnetic elements in order to protect them against axial position changes.
  • a modular structure of the electrical package can be achieved, which comprises the magnetic elements.
  • the various arrangement of the magnetic elements is preferably carried out as a function of a power requirement on the electrical machine.
  • holes 33 are arranged through which also can pass oil, which is urged due to the centrifugal force to the edge of the soil.
  • the holes 33 may alternatively or additionally be designed as threaded bores, which serve for the external mounting of a ⁇ lschaufelrades. This preferably allows a controlled oil transport.
  • the bores 35 may be provided as mounting bores or mounting auxiliary bores, for example for attachment to a hybrid head.
  • Weight savings because here material is removed from the bottom of the pot 29.
  • they can be used as assembly and / or disassembly openings, in which with
  • all provided on the support cup 1 holes 27, 31, 33, 35 and the recesses 37 are concentric with the hub 3 and evenly distributed, so in particular at the same angular distance from each other, provided. They are therefore as symmetrical as possible, preferably distributed exactly symmetrically about a rotational axis of the carrier pot 1, so that, if possible, any imbalance is avoided and a homogeneous mass distribution results.
  • longitudinal grooves 39 are introduced, which are also preferably provided at a constant angular distance from one another and distributed symmetrically on the peripheral wall 23. These are used to align and support arranged on the peripheral wall 23 magnetic elements, in particular provided with permanent magnets laminated cores. It is also possible here
  • FIG. 2 shows a rotated view of the carrier pot 1 according to FIG. 1, so that the observer faces an outer side thereof.
  • the same and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so far as to
  • the hub 3 preferably has on its outer periphery a bearing point for supporting the carrier pot 1.
  • the carrier pot 1 can be stored, for example, in a transmission.
  • an outer surface 41 of the bottom 29 is planed, so that contact surfaces 43 are formed around the bores 33.
  • the holes 33 are preferably used as mounting holes for a ⁇ lschaufelrad. This can at least partially abut against the contact surfaces 43 safely and firmly.
  • the carrier pot 1 can be balanced by
  • the carrier pot 1 is preferably produced by first a blank - preferably as a forged part - is produced, which already has a rough contour of the hub 3 and preferably also a rough contour of the geometry of the bottom 29. This blank is pre-turned to ensure a clean, even investment in the
  • Peripheral surface 9 largely finished, with a high surface quality is achieved.
  • the bottom geometry of the bottom 29 is preferably already largely completed during this turning process.
  • the carrier pot 1 is press-rolled with the hub 3, wherein the pot length is adjusted as needed.
  • the annular collar 15 is created under formation of a wall thickening.
  • the step 11 can preferably be produced during spin-forming, but also during a subsequent, machining step. After the spin forming, the precontour of the carrier pot 1 by cutting
  • the machining preferably comprises turning, milling, drilling and / or deburring, although other machining processes may also be included.
  • the various recesses 21, 37, the radial bore 25, the holes 27, 31, 33, 35 and also the longitudinal grooves 39 and optionally the annular groove 17 are formed.
  • the hub 3 is provided on its side facing the interior of the support pot 1 side with a spline by means of Wälzdorfen or splines.
  • the toothing is finally preferably hardened to increase its wear resistance.
  • Supporting element is mounted at an axial distance from the hub 3.
  • Process reliability can be achieved during spin forming.

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Abstract

Es wird ein Rotorträger für eine elektrische Maschine mit einem Trägertopf (1) zur Halterung von mindestens einem magnetischen Element, wobei der Trägertopf (1) eine Nabe (3) zur Lagerung einer Antriebswelle aufweist, vorgeschlagen. Der Rotorträger zeichnet sich dadurch aus, dass eine innere Umfangsfläche (9) des Trägertopfes (1) in einem axialen Abstand von der Nabe (3) einen Anschlag (7) für ein Stützelement des Rotorträgers zur weiteren Lagerung der Antriebswelle aufweist.

Description

Rotorträger und Verfahren zur Herstellung eines Rotorträgers
Die Erfindung betrifft einen Rotorträger für eine elektrische Maschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu Herstellung eines Rotorträgers gemäß Anspruch 6.
Rotorträger für elektrische Maschinen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Eine elektrische Maschine weist einen Stator und einen in diesem drehbar gelagerten Rotor auf, wobei eine elektromagnetische Kopplung zwischen Rotor und Stator herstellbar ist, die bewirkt, dass entweder der elektrischen Maschine zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird, oder dass der
elektrischen Maschine zugeführte mechanische Energie in elektrische Energie
umgewandelt wird. Die elektrische Maschine arbeitet also entweder als Motor oder als Generator. Dabei ist es möglich, dass die gleiche elektrische Maschine je nach
Betriebsart sowohl als Motor als auch als Generator eingesetzt wird. Dies ist
beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt, wo es insbesondere im Bereich der Hybridfahrzeuge beziehungsweise der rein elektrisch betriebenen Fahrzeuge möglich ist, dass dieselbe elektrische Maschine als Motor elektrische Leistung in Antriebsleistung umsetzt, wobei sie in einem anderen Betriebszustand Bremsenergie im Wege der sogenannten Rekuperation zurückgewinnen und in elektrische Energie umwandeln kann. Der Rotor einer elektrischen Maschine umfasst typischerweise einen Rotorträger mit einem Trägertopf, welcher der Halterung von mindestens einem magnetischen Element dient. Dabei ist das magnetische Element bevorzugt als Blechpaket ausgebildet, welches je nach Betriebsweise beziehungsweise Bauart der elektrischen Maschine mit mindestens einer elektrischen Wicklung oder mit mindestens einem Permanentmagnet versehen ist. Vorzugsweise sind - in Umfangsrichtung gesehen - in konstantem Winkelabstand mehrere Wicklungen oder Permanentmagnete vorgesehen. Das mindestens eine magnetische Element kann an einer äußeren Umfangswandung des Trägertopfes oder auch an einer Innenwandung desselben vorgesehen sein. Der Trägertopf weist eine Nabe zur Lagerung einer Antriebswelle auf. Gerade im Automobilbereich ist es wichtig, dass eine elektrische Maschine zugleich leicht, das heißt insbesondere dünnwandig, und mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Von größter Bedeutung ist es darüber hinaus, dass die Teile der elektrischen
Maschine mit hoher Präzision, großer Maßhaltigkeit und geringer Toleranz sowie geringem Spiel gefertigt sind. Bereits kleine Abweichungen in einem vorherbestimmten Spaltmaß zwischen Rotor und Stator, die gegebenenfalls sogar noch entlang des
Umfangs variieren, können zu erheblichen Leistungseinbußen von 30 % und mehr der Nennleistung der elektrischen Maschine führen. Auch Unwuchten führen zu
entsprechenden Leistungseinbußen. Insbesondere Toleranzen und toleranzbedingte Unwuchten führen außerdem dazu, dass die Leistung einzelner, in Serie gefertigter elektrischer Maschinen über die gesamte Serie betrachtet stark schwankt. Um die Auswirkung von Toleranzen und Spiel zu verringern, ist bevorzugt vorgesehen, die elektrische Maschine aus so wenig Teilen wie möglich zu fügen, insbesondere also so viele Teile wie möglich einstückig herzustellen.
Aus der DE 103 58 456 A1 sowie aus der DE 10 2010 010 269 A1 ist es bereits bekannt, einen Rotorträger für eine elektrische Maschine einstückig durch Drückwalzen
herzustellen. Dabei wird dem Drückwalzverfahren gemäß der technischen Lehre der DE 10 2010 010 269 A1 ein Blechhalbzeug als Ausgangsmaterial zugrunde gelegt. Dies führt im Allgemeinen entweder zu einer nur geringen mechanischen Belastbarkeit des
Rotorträgers, wenn dieser dünnwandig und entsprechend leicht ausgebildet ist, oder es führt zu einem vergleichsweise dickwandig ausgebildeten und schweren Rotorträger, wenn dieser mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Gemäß der Lehre der DE 103 58 456 A1 wird lediglich festgestellt, dass der Rotorträger aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird.
Darüber hinaus zeigt sich, dass bei den bekannten Rotorträgern eine Antriebswelle stets nur im Bereich einer Nabe des Rotorträgers gelagert beziehungsweise unterstützt ist. Daher ist es möglich, dass Unwuchten entstehen, insbesondere wenn die Welle nicht perfekt axial zu dem Rotorträger ausgerichtet ist. Hierdurch können sich erhebliche Leistungseinbußen der elektrischen Maschine sowie Serienschwankungen in der Leistung ergeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotorträger und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei Leistungseinbußen und insbesondere auch Leistungsschwankungen einer elektrischen Maschine beziehungsweise einer Serie von elektrischen Maschinen, in welcher der Rotorträger eingesetzt wird, deutlich reduziert beziehungsweise nach Möglichkeit vermieden werden. Zugleich soll der Rotorträger mechanisch hoch belastbar, aber möglichst dünnwandig und leicht ausgebildet sein.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Rotorträger für eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
Der Rotorträger zeichnet sich dadurch aus, dass eine innere Umfangsfläche des
Trägertopfes in einem axialen Abstand von der Nabe einen Anschlag für ein Stützelement des Rotorträgers zur weiteren Lagerung der Antriebswelle aufweist. Das Stützelement ist an dem Anschlag positionierbar und umfasst ein Lager für die Antriebswelle, sodass diese nicht nur im Bereich der Nabe, sondern auch an einem weiteren, axial von der Nabe beabstandeten Ort unterstützt wird. Hierdurch werden Unwuchten deutlich reduziert, vorzugsweise ganz vermieden. Insbesondere ermöglicht das Stützelement eine präzise, koaxiale Anordnung der Antriebswelle relativ zu der Symmetrieachse des Trägertopfes. Insgesamt werden so Einbußen in der Leistung der elektrischen Maschine vermieden, und auch eine Serienstreuung wird reduziert, weil aufgrund der präziseren Lagerung der Antriebswelle geringere Toleranzen bezüglich deren Anordnung gegeben sind.
Der Rotorträger ist bevorzugt für eine elektrische Maschine zum Einsatz in einem
Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybridfahrzeug oder einem elektrisch betriebenen Fahrzeug vorgesehen.
Der Anschlag ist vorzugsweise als Rücksprung ausgebildet. Dieser ist bevorzugt als stufiger Absatz ausgebildet, an dem das Stützelement aufsitzt. Der Trägertopf umfasst einen - in axialer Richtung gesehen - im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser, der sich im Bereich des Rücksprungs - auf einer der Nabe abgewandten Seite desselben - vergrößert, sodass hier eine Stufe ausgebildet ist. Die Stufe ist vorzugsweise - in Umfangsrichtung gesehen - umlaufend ausgebildet, und das Stützelement liegt in montiertem Zustand an der Stufe an. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine kippstabile Anordnung des Stützelements, sodass auch das Lager für die Antriebswelle stets exakt ausgerichtet ist.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Anschlag mehrere, an einer Innenwandung des Trägertopfes vorgesehene Rück- und/oder Vorsprünge umfasst, die vorzugsweise in gleichem Winkelabstand voneinander in gleicher Höhe - in axialer Richtung - angeordnet sind. Auch so ist eine kippstabile Anlage des Stützelements an dem Anschlag möglich. Das Stützelement ist vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass das Stützelement sternförmig ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist in die Nabe des Trägertopfes ein Lager, insbesondere ein Wälz- oder Nadellager einsetzbar, in welchem die Antriebswelle relativ zu dem Trägertopf drehbar gelagert ist. Die Nabe umfasst an einer einem Inneren des Trägertopfes zugewandten Seite ein Haltemittel, vorzugsweise eine Verzahnung, zur Befestigung einer Kupplung, die vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgebildet ist. Diese ist abtriebseitig mit der Antriebswelle verbunden. Ein Drehmoment kann von dem Rotorträger auf die
Antriebswelle übertragen werden, wenn die Kupplung geschlossen ist. Selbstverständlich ist bei geschlossener Kupplung, insbesondere in dem Betriebszustand der Rekuperation, eine Drehmomentübertragung in umgekehrter Richtung, also von der Antriebswelle auf den Rotorträger, möglich. Über schleifend schließende Kupplungszustände ist es möglich, das übertragene Drehmoment graduell zu variieren. Ist die Kupplung geöffnet, kann sich der Rotorträger relativ zur Antriebswelle frei drehen, sodass kein Drehmoment übertragen wird. Entsprechend ist auch in dem Stützelement vorzugsweise ein Lager zur drehbaren Lagerung der Antriebswelle vorgesehen, nämlich bevorzugt ein Wälz- oder Nadellager. Der Rotorträger, welcher den Trägertopf einerseits und das Stützelement andererseits umfasst, ist dann bei gelöster Kupplung völlig frei gegenüber der
Antriebswelle drehbar.
Es ist möglich, dass die Antriebswelle einstückig ausgebildet ist. Somit ergibt sich in dem Rotorträger eine Zweipunktlagerung der Antriebswelle, nämlich einerseits in der Nabe und andererseits in dem Stützelement. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Antriebswelle mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist.
Bevorzugt umfasst sie ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Wellenelement. Dabei ist das antriebsseitige Wellenelement vorzugsweise in der Nabe des Trägertopfes gelagert, während das abtriebsseitige Wellenelement vorzugsweise in dem Stützelement gelagert ist. Es ist möglich, dass hierzu in der Nabe und/oder in dem Stützelement Wälzoder Nadellager vorgesehen sind. Das antriebsseitige Wellenelement ist vorzugsweise nicht mit dem abtriebsseitigen Wellenelement verbunden und lediglich über die Kupplung mit diesem in Wirkverbindung bringbar. Typischerweise ist bei bekannten elektrischen Maschinen das abtriebsseitige Wellenelement nicht in dem Trägertopf, sondern lediglich in einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder in einem Getriebegehäuse gelagert. Es ist daher nicht möglich, eine Koaxialität des abtriebsseitigen Wellenelements zu dem antriebsseitigen Wellenelement beziehungsweise zu dem Rotorträger zu gewährleisten. Hierdurch können insbesondere Unwuchten auftreten. Bei dem hier beschriebenen Rotorträger sind dagegen sowohl das antriebsseitige als auch das abtriebsseitige
Wellenelement in dem Rotorträger gelagert, nämlich in der Nabe sowie in dem
Stützelement, sodass die Antriebswelle insgesamt an zwei Positionen in dem Rotorträger gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, eine Koaxialität zwischen den beiden
Wellenelementen relativ zueinander und insbesondere auch relativ zu dem Rotorträger zu gewährleisten, sodass Unwuchten reduziert, nach Möglichkeit ganz vermieden werden.
Es ist möglich, dass die Kupplung lediglich im Bereich der Nabe drehfest mit dem
Trägertopf verbunden ist. Vorzugsweise ist sie auch an einem Boden des Trägertopfes zusätzlich festgelegt. Ein der Nabe abgewandtes Ende der Kupplung kann dagegen frei bleiben. Dies ist insbesondere bei kleineren elektrischen Maschinen unproblematisch. Bei größeren elektrischen Maschinen, insbesondere bei solchen, welche höhere
Drehmomente übertragen, kann es jedoch aufgrund des freien Endes der Kupplung zu Schwingungen oder Unwuchten kommen. Daher ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kupplung auch in dem Stützelement gelagert ist, um sie auch an zwei axial voneinander beabstandeten Orten in dem Rotorträger zu unterstützen. Vorzugsweise ist die Kupplung an ihrem der Nabe abgewandten Ende drehbar in dem Stützelement gelagert,
vorzugweise in einem Wälz- oder Nadellager.
Es ist zudem bei einer zweiteiligen Welle möglich, dass die Antriebswelle ein Wälz- oder Nadellager aufweist, in dem die Abtriebswelle beispielsweise mittels eines Zapfens drehbar gelagert ist. So wird die koaxiale Ausrichtung zusätzlich gesichert.
Selbstverständlich ist auch die umgekehrte Ausführung möglich, in der die Antriebswelle in einem Wälz- oder Nadellager der Abtriebswelle drehbar gelagert ist.
Schließlich umfasst der Trägertopf im Bereich der Nabe vorzugsweise auch ein Lager, mit dem er selbst beispielsweise in einem Getriebegehäuse oder in einem Gehäuse der elektrischen Maschine gelagert ist. Auch dieses Lager ist bevorzugt als Wälz- oder Nadellager oder Festlager ausgebildet.
Alle hier angesprochenen Lager sind vorzugsweise als Radiallager ausgebildet. Es ist möglich, dass mindestens eines der hier angesprochenen Lager zugleich als Axiallager ausgebildet ist. Besonders bevorzugt sind alle hier angesprochenen Lager sowohl als Radial- als auch als Axiallager ausgebildet. Es wird ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass der Anschlag an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes vorgesehen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass auch das Stützelement an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes vorgesehen ist, wobei die Antriebswelle und gegebenenfalls auch die Kupplung an - in axialer Richtung gesehen - möglichst weit voneinander entfernt angeordneten Bereichen unterstützt wird/werden. Dies erhöht die Stabilität von deren Lagerung.
Der Rotorträger ist vorzugsweise zylindersymmetrisch ausgebildet. Dabei spricht hier und im Folgenden eine Axialrichtung eine Richtung an, welche parallel zu einer
Symmetrieachse des Rotorträgers orientiert ist. Eine Umfangsrichtung spricht eine Richtung an, die konzentrisch um die Symmetrieachse umläuft. Eine Radialrichtung spricht eine Richtung an, die senkrecht auf der axialen Richtung steht.
Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass der
Trägertopf im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Anschlag im Bereich eines Ringbunds angeordnet ist, und wobei der Ringbund die Form einer konischen Erweiterung aufweist. Insbesondere ist der Ringbund an einem der Nabe abgewandten Ende des Trägertopfes vorgesehen. Eine Umfangswandung desselben erweitert sich demnach in ihrem der Nabe abgewandten Endbereich konisch, wodurch der Ringbund ausgeformt wird. In diesem Bereich ist der Anschlag vorzugsweise als Rücksprung an einer inneren Umfangsfläche des Trägertopfes vorgesehen.
Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einem axialen Abstand zu dem Anschlag eine Ringnut in der inneren Umfangsfläche des Trägertopfes vorgesehen ist, die der Aufnahme eines Befestigungselementes dient.
Dieses bewirkt gemeinsam mit dem Anschlag eine axiale Fixierung des Stützelements. Dabei entspricht der axiale Abstand der Ringnut zu dem Anschlag vorzugsweise ungefähr einer Dicke des Stützelements. Das Befestigungselement ist vorzugsweise als Sprengring ausgebildet. In montiertem Zustand liegt das Stützelement vorzugsweise unter
Vorspannung beziehungsweise Klemmung einerseits an dem Anschlag und andererseits an dem Befestigungselement an, sodass es - in axialer Richtung gesehen - fixiert ist. Der Trägertopf weist bevorzugt in seiner der Nabe abgewandten Stirnseite eine
Ausnehmung auf, in welche die Enden des als Sprengring ausgebildeten
Befestigungselements mittels einer geeigneten Zange einbringbar sind. Die Ausnehmung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die entsprechenden Sprengringenden nicht über die Stirnseite des Trägertopfes und auch nicht über dessen äußere Umfangsfläche vorstehen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Rotorträger ein zusätzliches Abstützelement auf, das vorzugsweise als Abschlussdeckel für den Trägertopf
ausgebildet ist, und welches - in axialer Richtung gesehen - relativ zu der Nabe auf der Seite des Stützelementes, aber in größerem axialen Abstand zu der Nabe als dieses vorgesehen ist. Es dient der weiteren Lagerung der Antriebswelle. Dabei ist bei einer einteiligen Antriebswelle vorzugsweise eine Dreipunktlagerung verwirklicht, weil die Antriebswelle in der Nabe, in dem Stützelement und in dem zusätzlichen Abstützelement gelagert ist. Weist die Welle mehrere Teile, insbesondere ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Wellenelement auf, ist vorzugsweise das antriebsseitige Wellenelement in der Nabe gelagert, während das abtriebsseitige Element in dem Stützelement und in dem zusätzlichen Abstützelement gelagert ist. Es ergibt sich damit eine
Zweipunktlagerung für das abtriebsseitige Wellenelement. Insgesamt ergibt sich mithilfe des zusätzlichen Abstützelements eine besonders stabile Lagerung der Antriebswelle in dem Rotorträger.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zusätzliche Abstützelement - in axialer Richtung gesehen - unmittelbar hinter dem Stützelement angeordnet ist. Es wird also zunächst das Stützelement an den Anschlag angelegt, wobei dann das zusätzliche Abstützelement an das Stützelement angelegt wird. Schließlich werden beide Elemente vorzugsweise mit einem in der Ringnut aufgenommenen Befestigungselement fixiert, das als Sprengring ausgebildet sein kann. In diesem Fall entspricht der axiale Abstand der Ringnut zu dem Anschlag vorzugsweise ungefähr einer Summe der Dicken des Stützelements einerseits und des zusätzlichen Abstützelements andererseits. Im montierten Zustand liegen dann das Stützelement und das zusätzliche Abstützelement vorzugsweise unter Vorspannung beziehungsweise Klemmung einerseits an dem Anschlag und andererseits an dem Befestigungselement an, sodass sie - in axialer Richtung gesehen - fixiert sind.
Es wird auch ein Rotorträger bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass in einer Umfangswandung des Trägertopfes - in axialer Richtung gesehen - auf Höhe des Stützelements eine Radialbohrung zur Aufnahme eines Sicherungselements angeordnet ist, sodass das Sicherungselement durch die Radialbohrung geführt werden kann. Durch dieses ist eine Festlegung des Stützelements - in Umfangsrichtung gesehen - bewirkbar. Hierzu weist das Stützelement bevorzugt eine in seiner äußeren Umfangsfläche vorgesehene radiale Ausnehmung in Form eines Loches oder einer sich in Axialrichtung erstreckenden Nut auf, in welche das Sicherungselement einführbar ist, wenn es durch die Radialbohrung in der Umfangswandung des Trägertopfes hindurchgeführt wird. Das Sicherungselement verhindert dann eine Relativdrehung zwischen dem Stützelement und dem Trägertopf, sodass dieses - in Umfangsrichtung gesehen - in einer
vorherbestimmten Winkelposition fixiert ist. Das Sicherungselement kann als Stift, als Schraube oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Die Radialbohrung durchsetzt die Umfangswandung des Trägertopfes, sodass das Sicherungselement von außen in sie einführbar und durch sie hindurchsteckbar ist, sodass es letztlich in die radiale Ausnehmung des Stützelements eingreift.
Vorzugsweise weist der Trägertopf in einem Bereich seiner inneren Umfangsfläche, der einem Umfang des Stützelements gegenüberliegt, beziehungsweise an welchem eine äußere Umfangsfläche des Stützelements anliegt, mindestens eine Öldurchtrittsbohrung auf, um Öl nach außen abführen zu können. Diese fluchtet in montiertem Zustand vorzugsweise mit mindestens einer in dem Stützelement vorgesehenen
Öldurchtrittsbohrung. Aus dem Lager in dem Stützelement austretendes Öl gelangt über diverse an dem Stützelement vorgesehene Ölleitelemente letztlich zu der
Öldurchtrittsbohrung in dem Stützelement und hierdurch zu der öldurchtrittsbohrung in dem Trägertopf. Von dort gelangt es zu einer Außenseite des Trägertopfes, wo es einem Ölversorgungssystem und/oder einem Ölsammelbehälter zugeführt wird. Weitere
Öldurchtrittsbohrungen sind vorzugsweise an einem die Nabe aufweisenden Boden des Trägertopfes vorgesehen, wobei sie radial außen und/oder radial weiter innen zur Nabe hin angeordnet sein können. Verschiedene Öldurchtrittsbohrungen können dabei verschiedene Größen aufweisen.
In eine äußere Umfangsfläche des Trägertopfes sind bevorzugt Längsnuten eingebracht. Diese segmentieren vorzugsweise die Umfangsfläche und dienen der Ausrichtung und Halterung des mindestens einen magnetischen Elements, insbesondere der Blechpakete, die bevorzugt auf dem Außenumfang des Trägertopfs angebracht werden. Vorzugsweise ergeben sich durch die Längsnuten verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für das mindestens eine magnetische Element. Dabei ist es möglich, über die konkrete
Ausführung des Trägertopfes beziehungsweise über eine Variation der Anzahl und/oder der Reihen der an dem Trägertopf angeordneten magnetischen Elemente verschiedene Nennleistungen der elektrischen Maschine zu verwirklichen. Insbesondere ist ein modularer Aufbau der elektrischen Maschine möglich. Die Längsnuten dienen dabei auch der Sicherstellung einer Funktion der magnetischen Elemente. Die Nabe ist vorzugsweise einstückig mit dem Trägertopf ausgebildet. Sie weist bevorzugt eine Außenverzahnung als Haltemittel für eine Kupplung auf, in die in montiertem Zustand vorzugsweise eine Innenverzahnung einer Lamellenkupplung greift.
Es wird auch ein Trägertopf für einen Rotorträger bevorzugt, der mindestens eines der hier in Zusammenhang mit dem Rotorträger angesprochenen Merkmale aufweist. Der Trägertopf ist demnach zur Verwendung in einem solchen Rotorträger geeignet, so dass sich die in Zusammenhang mit dem Rotorträger angesprochenen Vorteile verwirklichen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorträgers nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele mit den Schritten des
Anspruchs 6 geschaffen wird.
Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Vorkontur eines Trägertopfes mit einer Nabe, wobei die Vorkontur durch Drückwalzen (Fließdrückverfahren) aus einem Rohling hergestellt wird. Bei dem Drückwalzen wird ein Anschlag für ein Stützelement hergestellt, wobei der Anschlag durch das Drückwalzen ausgeformt wird. Vorzugsweise wird der Anschlag im Bereich einer bundartigen, bevorzugt konischen Erweiterung einer
Umfangswandung des Trägertopfes ausgeformt. Ein Drückwalzverfahren stellt eine sehr elegante Möglichkeit bereit, den Trägertopf eines Rotorträgers mit engen Toleranzen, hochpräzise und einstückig auszuformen. Zugleich ist es ohne Weiteres möglich, direkt beim Drückwalzen den Anschlag für das Stützelement an der inneren Umfangsfläche des Trägertopfes in axialem Abstand von der Nabe auszuformen. Es bedarf hier also keines weiteren Verfahrensschrittes. Insbesondere ist es mithilfe des Drückwalzverfahrens möglich, die Vorkontur des Trägertopfes so auszubilden, dass sie bereits im
Wesentlichen einer Endkontur entspricht. Nachfolgende Bearbeitungsschritte, die erforderlich sind, um eine Funktionalität und ein Einhalten der oben beschriebenen Toleranzanforderungen bezüglich des Rotorträger sicherzustellen, insbesondere eine spanabhebende Fertigbearbeitung werden hierdurch reduziert, und es muss nur noch wenig Material abgetragen werden, um von der Vorkontur zur Endkontur zu gelangen. Dies spart zum einen Material und verbessert zum anderen die Festigkeit und
mechanische Belastbarkeit des Trägertopfes, weil ein Faserverlauf in demselben durch spanabhebende Verfahren nur wenig gestört wird, wenn nur wenig Material abgetragen wird. So ist es möglich, die lokale Grundfestigkeit und/oder auch die gesamte Festigkeit und damit die mechanische Belastbarkeit des Trägertopfes zu gewährleisten
beziehungsweise zu verbessern. Außerdem sind auf diese Weise besonders enge Toleranzen herstellbar, sodass sich insgesamt die bereits in Zusammenhang mit dem Rotorträger beschriebenen Vorteile einstellen.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Rohling durch Massivumformen, vorzugsweise als Schmiedeteil, bevorzugt mittels
Gesenkschmiedens, hergestellt wird. Wenn im Folgenden ein Schmiedeverfahren, Schmieden beziehungsweise ein Schmiedeteil angesprochen ist, dient dies lediglich einer kürzeren Ausdrucksweise; dabei ist stets allgemein ein Massivumformen
beziehungsweise ein massivumgeformtes Teil mit umfasst, wobei bevorzugt Schmieden beziehungsweise ein Schmiedeteil, besonders bevorzugt Gesenkschmieden
beziehungsweise ein mittels Gesenkschmiedens hergestelltes Teil angesprochen sind. Vorzugsweise wird in dem Schmiedeteil eine Grobkontur der Nabe ausgeformt. Die Vorkontur der Nabe wird dann beim Drückwalzen aus der Grobkontur erzeugt. Alternativ ist es möglich, dass bereits die Vorkontur der Nabe beim Schmieden erzeugt wird.
Alternativ ist es auch möglich, die Nabe erst beim Drückwalzen auszuformen. Auch eine Bodengeometrie des Trägertopfes kann bereits beim Schmieden grob vorgeformt werden. Das Schmieden des Rohlings hat dabei den Vorteil, dass bereits ein Faserverlauf in dem Rohling so gelegt werden kann, dass bei einem späteren Abstrecken kein
Trennen der Faser erfolgen kann. Aufgrund der durch das Schmieden bewirkten
Homogenität und Verdichtung des Materials, die über die weiteren Verfahrensschritte erhalten bleibt, weist der Trägertopf eine hohe mechanische Belastbarkeit auf.
Insbesondere ist es beim Schmieden möglich, den Faserverlauf auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen hin zu optimieren. Dadurch ist es möglich, Fasern in mechanisch hochbelasteten Bereichen zu verdichten, sodass diese Bereiche dünnwandig ausgebildet sein können, wobei sie zugleich mechanisch hochstabil sind. Auch ist es bei einem Schmiedeteil ohne Weiteres möglich, lokal variierende Wandstärken
beziehungsweise Querschnitte belastungsgerecht auszubilden, sodass der Querschnitt oder die Wandstärke nicht stets an jedem Ort auf eine maximal erreichte mechanische Belastung ausgelegt sein muss. Demnach können Schmiedeteile beziehungsweise aus Schmiederohlingen drückgewalzte, also mithilfe eines Hybridschmiedeverfahrens hergestellte Teile insgesamt dünnwandig und lokal bereichsweise sehr dünnwandig ausgebildet sein, ohne dass die mechanische Belastbarkeit darunter leidet. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung. Insbesondere bleiben die Vorteile des
Schmiederohlings beim Drückwalzen verhalten. So ist letztlich ein Rotorträger herstellbar, der zugleich dünnwandig und leicht sowie mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass der Rohling vor dem Drückwalzen drehbearbeitet wird. Insbesondere wird vorzugsweise wenigstens eine Stirnseite des Rohlings drehbearbeitet, um eine saubere, gleichmäßige Anlage für den Drückwalzdorn beziehungsweise eine optimale Einspannung in der Drückwalzmaschine zu gewährleisten. Vorzugsweise werden beide Stirnseiten des Rohlings drehbearbeitet. Es ist bevorzugt auch möglich, dass eine Umfangsfläche, vorzugsweise sowohl eine äußere als auch eine innere Umfangsfläche des Rohlings vor dem Drückwalzen drehbearbeitet wird. Insbesondere ist es möglich, den Innendurchmesser des Rohlings vor dem Drückwalzen bereits weitgehend fertigzubearbeiten, wobei eine hohe
Oberflächenqualität erreicht wird. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, eine entsprechend hohe Oberflächenqualität durch Nachsetzen mit Drückwalzen zu erreichen. Auch eine Innenfläche des Bodens des Trägertopfes wird vorzugsweise bereits vor dem Drückwalzen drehbearbeitet, vorzugsweise fertiggedreht.
Nach der Drehbearbeitung wird der Trägertopf mit der Nabe drückgewalzt, wobei eine in Axialrichtung gemessene Länge des Topfes je nach Bedarf insbesondere des
erforderlichen Modularisierungssystems eingestellt beziehungsweise erzeugt wird.
Außerdem wird beim Drückwalzen vorzugsweise an dem der Nabe abgewandten
Topfende die bundartige konische Erweiterung unter Ausformung einer Wandverdickung geschaffen, welche auch den Anschlag aufweist.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Vorkontur durch spanende Bearbeitung zu einer Endkontur des Trägertopfes
fertigbearbeitet wird. Dabei umfasst die Fertigbearbeitung insbesondere ein Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Entgraten. Insbesondere werden dabei auch verschiedene Funktions- und/oder Öldurchtrittsbohrungen hergestellt. Eine äußere Umfangsfläche des Trägertopfes wird vorzugsweise überdreht, um eine möglichst geeignete Auflage- und/oder Reibungsfläche für das mindestens eine magnetische Element, insbesondere die Blechpakete, zu schaffen. Ebenso werden bevorzugt Axialnuten in die äußere
Umfangsfläche eingebracht, über welche das mindestens eine magnetische Element beziehungsweise die Blechpakete rutschsicher und vorfixierend auf dem Trägertopf befestigt werden können, wobei sie für eine Endmontage ausgerichtet werden.
Die Fertigbearbeitung umfasst bevorzugt auch die Herstellung einer Steckverzahnung auf der Nabe mittels Wälzstoßen oder Verzahnungsstoßen, wobei die Kupplung für die Antriebswelle in einem späteren Verfahrensschritt auf die Steckverzahnung aufgesteckt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vor oder nach dem Drückwalzen oder auch nach dem Fertigbearbeiten ein Profilrollen der Steckverzahnung erfolgen.
Vorzugsweise wird die Verzahnung gehärtet, um ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Bei einem Drückwalzprofil kann alternativ durch die Kaltverfestigung auch die Härtung entfallen.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Stützelement im Bereich des Anschlags angeordnet wird. Hierdurch erst wird der
Rotorträger, welcher - wie bereits angedeutet - sowohl den Trägertopf als auch das Stützelement umfasst, völlig fertig gestellt. Das Stützelement ist dabei bevorzugt als Stützscheibe ausgebildet, welche den Trägertopf an seinem der Nabe abgewandten Ende abschließt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Trägertopfes, wobei dem Betrachter eine Innenseite zugewandt ist, und
Fig. 2 eine dreidimensionale Ansicht einer Außenseite des Trägertopfes gemäß
Figur 1.
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Trägertopfes 1 , wobei dessen Innenseite dem Betrachter zugewandt ist. Er weist eine Nabe 3 zur Lagerung einer nicht dargestellten Antriebswelle auf, wobei in montiertem Zustand in die Nabe 3 ein Wälz- oder Nadellager eingepresst ist, durch welches die Antriebswelle drehbar mit dem Trägertopf 1 verbunden ist. Vorzugsweise ist die
Antriebswelle in der Nabe 3 axial und/oder radial gelagert.
An ihrer äußeren Umfangsfläche weist die Nabe 3 ein Haltemittel 5 für eine Kupplung auf, das hier als Steckverzahnung ausgebildet ist. In montiertem Zustand ist vorzugsweise eine Lamellenkupplung mit einer entsprechenden Innenverzahnung auf die
Steckverzahnung 5 aufgesteckt. Dabei dient die Kupplung der drehfesten Kopplung des Trägertopfes 1 mit der Antriebswelle.
An einem der Nabe 3 abgewandten Ende des Trägertopfes 1 ist ein Anschlag 7 vorgesehen, der hier als Rücksprung einer inneren Umfangsfläche 9 des Trägertopfes 1 ausgebildet ist. Ein Innendurchmesser des Trägertopfes 1 vergrößert sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer der Nabe 3 abgewandten Seite des
Anschlags 7 sprunghaft, sodass eine - in Umfangsrichtung gesehen - umlaufende Stufe 1 1 ausgebildet wird, an deren Oberfläche 13 das Stützelement in montiertem Zustand des Rotorträgers anliegt.
Aus Figur 1 ist offensichtlich, dass der Trägertopf 1 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Der Anschlag 7 ist dabei im Bereich eines Ringbunds 15 angeordnet, wobei dieser die Form einer sich in Richtung auf den Betrachter hin öffnenden konischen Erweiterung aufweist.
Bevorzugt werden sowohl der Ringbund 15 als auch die Stufe 1 1 beim Drückwalzen in die Vorkontur des Trägertopfes 1 eingebracht. Es ist aber auch möglich, dass beim
Drückwalzen lediglich der Ringbund 15 in die Vorkontur des Trägertopfes 1 eingebracht wird, während die Stufe 1 1 nachträglich insbesondere durch spanabhebende Bearbeitung in die innere Umfangsfläche 9 eingebracht wird.
In einem axialen Abstand zu dem Anschlag 7 ist eine Ringnut 17 in die innere
Umfangsfläche 9 eingebracht, welche der Aufnahme insbesondere eines als Sprengring ausgebildeten Befestigungselements dient. Hierzu weist der Ringbund 5 in seiner Stirnseite 19 eine Ausnehmung 21 auf, in welche die Enden des Sprengrings mittels einer geeigneten Zange eingesetzt werden können.
Insgesamt zeigt sich also Folgendes: Um den Rotorträger fertig zu stellen, wird ein vorzugsweise als Stützscheibe ausgebildetes Stützelement - in Figur 1 von schräg vorne - in das Innere des Trägertopfes 1 eingebracht, wobei es an dem Anschlag 7 anschlägt. Anschließend wird ein vorzugsweise als Sprengring ausgebildetes Befestigungselement in die Nut 17 eingesetzt, wobei dessen Enden von der Ausnehmung 21 aufgenommen werden. Das Stützelement ist dann - in axialer Richtung gesehen - zwischen dem
Anschlag 7 und dem Sprengring fixiert. Dabei entspricht der axiale Abstand der Ringnut 17 zu dem Anschlag 7 vorzugsweise ungefähr einer Dicke des Stützelements. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Stützelement unter Klemmung beziehungsweise Vorspannung zwischen dem Sprengring und dem Anschlag 7 gehalten wird.
Dementsprechend ist der axiale Abstand der Ringnut 17 von dem Anschlag 7 bevorzugt geringfügig keiner ausgebildet, als es einer Dicke des Stützelements entspricht. In einer Umfangswandung 23 des Trägertopfes 1 ist - in axialer Richtung gesehen - auf Höhe des Stützelementes eine Radialbohrung 25 ausgebildet, welche die
Umfangswandung 23 durchsetzt. Diese dient der Aufnahme eines Sicherungselements, das vorzugsweise als Stift oder Schraube ausgebildet ist. Dieses greift in montiertem Zustand in eine radiale Ausnehmung einer Umfangswandung des Stützelements ein, sodass dieses - in Umfangsrichtung gesehen - in einer vorherbestimmten Position relativ zu dem Trägertopf 1 festgelegt ist. In dieser Position fluchten vorzugsweise in der Umfangswandung des Stützelements vorgesehene öldurchtrittsbohrungen mit in der Umfangswandung 23 des Trägertopfs 1 vorgesehenen Bohrungen 27, die vorzugsweise als Öldurchtrittsbohrungen dienen. Durch diese kann insbesondere aus dem in dem Stützelement vorgesehenen Lager für die Antriebswelle austretendes Öl aus dem Inneren des Trägertopfs 1 heraus abgeführt und einem Ölversorgungssystem und/oder einem ölsammelbehälter zugeführt werden.
Der Trägertopf 1 weist einen Boden 29 auf, über den die Nabe 3 mit der
Umfangswandung 23 verbunden ist. Im Bereich des Bodens 29 sind vorzugsweise weitere Öldurchtrittsbohrungen und/oder Montagehilfsbohrungen, beispielsweise zur Befestigung an einem Hybridkopf, vorgesehen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind in einem Übergangsbereich zwischen der Umfangswandung 23 und dem Boden 29 vergleichsweise kleine Bohrungen 31 angeordnet, durch welche Öl insbesondere mithilfe der Zentrifugalkraft, die sich in dem im Betrieb rotierenden
Trägertopf 1 ergibt, herausgeschleudert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens eine der Bohrungen 31 zur Befestigung, beispielsweise mittels Vernieten, eines Distanz-, Ausgleichs- und/oder Abschlussrings für verschiedene Anreihungen magnetischer Elemente verwendet werden kann, um diese gegen axiale Positionsänderungen zu schützen. Dadurch ist ein modularer Aufbau des Elektropaketes erreichbar, welches die magnetischen Elemente umfasst. Die verschiedene Anreihung der magnetischen Elemente erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung an die elektrische Maschine.
An einem äußeren Rand des Bodens 29 sind etwas größere Bohrungen 33 angeordnet, durch die ebenfalls Öl durchtreten kann, welches aufgrund der Zentrifugalkraft an den Rand des Bodens gedrängt wird. Die Bohrungen 33 können alternativ oder zusätzlich auch als Gewindebohrungen ausgeführt sein, die zur äußeren Montage eines ölschaufelrades dienen. Dieses ermöglicht bevorzugt einen kontrollierten Öltransport.
Schließlich sind unmittelbar benachbart zur Nabe und konzentrisch zu dieser Bohrungen 35 vorzugsweise ebenfalls als Öldurchtrittsbohrungen angeordnet, die wiederum etwas größer ausgebildet sind, als die Bohrungen 33.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Bohrungen 35 als Montagebohrungen beziehungsweise Montagehilfsbohrungen, beispielsweise zur Befestigung an einem Hybridkopf, vorgesehen sind.
Ebenfalls konzentrisch zur Nabe 3, jedoch in größerem radialen Abstand zu dieser, sind vergleichsweise große, hier kreisförmige Ausnehmungen 37 angeordnet, die
vorzugsweise den Boden 29 durchsetzen. Diese dienen zum einen einer
Gewichtsersparnis, weil hier Material aus dem Topfboden 29 entfernt ist. Zum anderen sind sie als Montage- und/oder Demontageöffnungen verwendbar, in welche mit
Spezialwerkzeug eingegriffen werden kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Ausnehmungen 37 als weitere Öldurchtrittsöffnungen dienen.
Vorzugsweise sind alle an dem Trägertopf 1 vorgesehenen Bohrungen 27, 31 , 33, 35 sowie auch die Ausnehmungen 37 konzentrisch zu der Nabe 3 und gleich verteilt, also insbesondere in gleichem Winkelabstand zueinander, vorgesehen. Sie sind also möglichst symmetrisch, vorzugsweise genau symmetrisch um eine Drehachse des Trägertopfs 1 verteilt, sodass nach Möglichkeit jegliche Unwucht vermieden wird und eine homogene Massenverteilung resultiert.
In die äußere Umfangswandung 23 sind Längsnuten 39 eingebracht, die ebenfalls vorzugsweise in konstantem Winkelabstand zueinander vorgesehen und symmetrisch auf der Umfangswandung 23 verteilt sind. Diese dienen der Ausrichtung und Halterung von an der Umfangswandung 23 angeordneten magnetischen Elementen, insbesondere von mit Permanentmagneten versehenen Blechpaketen. Es ist auch möglich, hier
Distanzringe einzusetzen, um verschiedene Leistungsklassen für die elektrische
Maschine zu verwirklichen beziehungsweise die magnetischen Elemente zu fixieren. Dies entspricht einem Modularisierungskonzept, bei welchem vorzugsweise Distanzringe gegen magnetische Elemente ausgetauscht werden können, um verschiedene Nennleistungen zu realisieren. Insbesondere können diese mithilfe der Längsnuten 39 rutschsicher vorfixiert werden, sodass sie für eine Endmontage ausgerichtet sind.
Figur 2 zeigt eine gedrehte Ansicht des Trägertopfs 1 gemäß Figur 1 , sodass dem Betrachter hier eine Außenseite desselben zugewandt ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die
vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Es wird deutlich, dass der Ringbund 15 sich - in Richtung von der Nabe 3 weg betrachtet - nach außen hin konisch erweitert.
Die Nabe 3 weist bevorzugt an ihrem äußeren Umfang eine Lagerstelle zur Lagerung des Trägertopfes 1 auf. Dabei ist der Trägertopf 1 beispielsweise in einem Getriebe lagerbar.
Im Bereich der Bohrungen 33 ist eine Außenfläche 41 des Bodens 29 planbearbeitet, sodass um die Bohrungen 33 herum Anlageflächen 43 ausgebildet sind. Die Bohrungen 33 dienen vorzugsweise als Montagebohrungen für ein Ölschaufelrad. Dieses kann zumindest bereichsweise an den Anlageflächen 43 sicher und fest anliegen.
Es ist möglich, auf der Außenfläche 41 Ausgleichselemente zur Reduzierung von
Unwuchten vorzusehen. Der Trägertopf 1 kann ausgewuchtet werden, indem
beispielsweise auf der Außenfläche 41 Material, zum Beispiel durch Löten, aufgetragen wird, oder indem - vorzugsweise nebeneinander gereihte - Wuchtbohrungen
beziehungsweise Wuchtausnehmungen in der Außenfläche 41 vorgesehen werden.
Der Trägertopf 1 wird vorzugsweise hergestellt, indem zunächst ein Rohling - vorzugsweise als Schmiedeteil - hergestellt wird, der bereits eine Grobkontur der Nabe 3 und vorzugsweise auch eine Grobkontur der Geometrie des Bodens 29 aufweist. Dieser Rohling wird vorgedreht, um eine saubere, gleichmäßige Anlage in der
Drückwalzmaschine und insbesondere an einem Drückwalzdorn zu ermöglichen.
Gleichzeitig wird bereits der Innendurchmesser beziehungsweise die innere
Umfangsfläche 9 weitgehend fertigbearbeitet, wobei eine hohe Oberflächenqualität erzielt wird. Auch die Bodengeometrie des Bodens 29 wird vorzugsweise bereits bei dieser Drehbearbeitung weitgehend fertiggestellt.
Anschließend wird der Trägertopf 1 mit der Nabe 3 drückgewalzt, wobei die Topflänge je nach Bedarf eingestellt wird. Dabei wird zugleich der Ringbund 15 unter Ausformung einer Wandverdickung geschaffen. Die Stufe 11 kann bevorzugt beim Drückwalzen, aber auch bei einem nachfolgenden, spanenden Bearbeitungsschritt hergestellt werden. Nach dem Drückwalzen wird die Vorkontur des Trägertopfs 1 durch spanende
Bearbeitung zu einer Endkontur fertigbearbeitet. Die spanende Bearbeitung umfasst vorzugsweise ein Drehen, Fräsen, Bohren und/oder Entgraten, wobei auch andere spanende Bearbeitungsverfahren umfasst sein können. Dabei werden insbesondere die verschiedenen Ausnehmungen 21 , 37, die Radialbohrung 25, die Bohrungen 27, 31 , 33, 35 und auch die Längsnuten 39 sowie gegebenenfalls die Ringnut 17 gebildet.
Schließlich wird die Nabe 3 an ihrer dem Inneren des Trägertopfes 1 zugewandten Seite mit einer Steckverzahnung mittels Wälzstoßen oder Verzahnungsstoßen versehen. Die Verzahnung wird abschließend bevorzugt gehärtet, um ihre Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Alternativ ist es auch möglich, die Nabe vor dem Drückwalzen zu profilieren.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Rotorträgers und des Verfahrens zu dessen Herstellung eine deutliche Reduzierung von Leistungseinbußen und
Leistungsschwankungen innerhalb einer Serie von elektrischen Maschinen möglich ist. Insbesondere ist mithilfe des Drückwalzverfahrens eine besonders gute Rundlaufqualität, Zylindrizität und Rundheit des Trägertopfes 1 erzielbar, sodass Unwuchten reduziert, vorzugsweise vermieden werden. Weiterhin werden Unwuchten vermieden, indem die Antriebswelle nicht nur im Bereich der Nabe 3, sondern auch im Bereich des
Stützelements in einem axialen Abstand zur Nabe 3 gelagert wird. Durch die Kombination des Drückwalzverfahrens mit einem Schmiedeverfahren ist es möglich, einen Rotorträger herzustellen, der zugleich dünnwandig, leicht und auch mechanisch hoch belastbar ausgebildet ist. Dabei kann eine Festigkeit des Trägertopfes 1 über den Umformgrad und die Auslegung der Vorform eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch durch eine Gefügebehandlung, insbesondere eine Wärmebehandlung, nach dem
Massivumformen beziehungsweise Schmieden eine weitere Verbesserung der
Prozesssicherheit beim Drückwalzen erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Rotorträger für eine elektrische Maschine mit einem Trägertopf (1 ) zur Halterung von mindestens einem magnetischen Element, wobei der Trägertopf (1) eine Nabe (3) zur Lagerung einer Antriebswelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Umfangsfläche (9) des Trägertopfes (1) in einem axialen Abstand von der Nabe (3) einen Anschlag (7) für ein Stützelement des Rotorträgers zur weiteren Lagerung der Antriebswelle aufweist.
2. Rotorträger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (7) an einem der Nabe (3) abgewandten Ende des Trägertopfes (1) vorgesehen ist.
3. Rotorträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägertopf (1) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Anschlag (7) im Bereich eines Ringbunds (15) in Form einer konischen Erweiterung angeordnet ist.
4. Rotorträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem axialen Abstand zu dem Anschlag (7) eine Ringnut (17) in der inneren Umfangsfläche (9) des Trägertopfes (1 ) zur Aufnahme eines
Befestigungselements vorgesehen ist, wobei das Befestigungselement gemeinsam mit dem Anschlag (7) eine axiale Fixierung des Stützelements bewirkt, und wobei der axiale Abstand der Ringnut (17) zu dem Anschlag (7) vorzugsweise ungefähr einer Dicke des Stützelements entspricht.
5. Rotorträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umfangswandung (23) des Trägertopfes (1) - in axialer Richtung gesehen - auf Höhe des Stützelements eine Radialbohrung (25) zur Aufnahme eines Sicherungselements angeordnet ist, so dass durch ein durch die
Radialbohrung (25) geführtes Sicherungselement eine Festlegung des
Stützelements - in Umfangsrichtung gesehen - bewirkbar ist.
6. Trägertopf, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägertopf zur Verwendung in einem Rotorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geeignet ausgebildet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Rotorträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit folgenden Schritten: Herstellen einer Vorkontur eines Trägertopfes (1) mit einer Nabe (3) aus einem Rohling durch Drückwalzen, wobei bei dem Drückwalzen und durch Drückwalzen ein Anschlag (7) für ein Stützelement vorzugsweise im Bereich einer bundartigen, bevorzugt konischen Erweiterung einer Umfangswandung (23) des Trägertopfes (1) ausgeformt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling durch
Massivumformen, vorzugsweise als Schmiedeteil, bevorzugt mittels
Gesenkschmiedens, hergestellt wird, wobei in dem Schmiedeteil bevorzugt eine Grobkontur der Nabe (3) ausgeformt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor dem Drückwalzen drehbearbeitet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkontur durch spanende Bearbeitung zu einer Endkontur des Trägertopfes (1) fertigbearbeitet wird.
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