DE102006037804A1

DE102006037804A1 - Elektromotor mit einer Hohlwelle

Info

Publication number: DE102006037804A1
Application number: DE102006037804A
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Hartkorn; Roland Kienzler; Frank Mauch
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-12
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Ein Elektromotor hat eine Hohlwelle (20). Letztere hat einen Wellenabschnitt mit einem vorgegebenen Innendurchmesser (d) und einem vorgegebenen Außendurchmesser (D), sowie eine Zahl von zwei oder mehr im Wesentlichen in Längsrichtung der Hohlwelle (20) verlaufenden Kerbungen (46, 48, 46', 48'), welche am Außenumfang (34) dieses Wellenabschnitts vorgesehen sind, wobei der Abstand eines Paares (46, 48) von benachbarten Kerbungen größer oder gleich dem Innendurchmesser (d) und kleiner als der Außendurchmesser (D) der Hohlwelle (20) an diesem Abschnitt ist.

Description

Die Erfindung betrifft die Verbindung einer Nabe mit einer Hohlwelle, und sie betrifft insbesondere einen Elektromotor mit einer Hohlwelle.
Aus Kosten- und Gewichtsgründen kann es zweckmäßig sein, bei einem Elektromotor eine Hohlwelle zu verwenden, die entweder als rotierende oder stationäre Hohlwelle ausgebildet sein kann.
Auf einer solchen Hohlwelle müssen Bauelemente des Elektromotors kraftschlüssig befestigt werden, z.B. dessen Rotor oder sonstige Bauteile, z.B. die Nabe eines Lüfterrads. Es ist in einem solchen Fall üblich, derartige Elemente auf der Hohlwelle mittels eines Klebevorgangs zu befestigen. Dies birgt aber insoweit Risiken, als die Beständigkeit der Klebestelle von verschiedenen Faktoren abhängt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Elektromotor mit einer Hohlwelle bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Auf diese Weise erreicht man, dass beim Kerbvorgang die Kerbkraft im Bereich der Wand der Hohlwelle verläuft, so das bleibende Deformationen der Hohlwelle vermieden werden, z.B. solche Deformationen, durch welche der Querschnitt der Hohlwelle zu einer Ellipsenform deformiert würde. Auch ergibt sich eine prozesssichere Verbindung zwischen Welle und Rotor, und dies bei minimalem Bauraum. Auch ist eine solche Kerbverbindung alterungsbeständig, und sie kann mittels bekannter mathematischer Methoden mit ausreichender Genauigkeit im Voraus berechnet werden.

Eine andere Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 5.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Hohlwelle und von zwei zu ihrer Bearbeitung dienenden Kerbwerkzeugen, gesehen in Richtung des Pfeiles I der 2,
2 eine Seitenansicht, gesehen in Richtung des Pfeiles II der 1,
3 eine Darstellung analog 1, bei der das obere Kerbwerkzeug abgehoben dargestellt ist,
4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IV der 3,
5 eine Darstellung einer mit Kerbungen versehenen Hohlwelle,
6 eine Darstellung eines Blechpakets, das auf eine Hohlwelle gemäß der Erfindung aufgepresst ist; im Blechpaket dieses Rotors finden sich Taschen, in die Dauermagnete eingesetzt sind; gesehen längs der Linie VI-VI der 7,
7 einen Schnitt, gesehen längs der Linie VII-VII der 6, wobei auch der Stator schematisch dargestellt ist,
8 einen Schnitt durch einen Elektromotor, welcher einen Rotor analog 6 und 7 verwendet, und
9 einen Längsschnitt durch den Elektromotor der 8.
1 zeigt eine Draufsicht auf das Ende 18 einer Hohlwelle 20, ein unteres Kerbwerkzeug 22 und ein oberes Kerbwerkzeug 24. Die Hohlwelle 20 hat eine Längsachse 26 (2), und sie hat einen Innendurchmesser d und einen Außendurchmesser D. Naturgemäß kann eine solche Welle im Verlauf ihrer Längserstreckung verschiedene Innendurchmesser und verschiedene Außendurchmesser haben, um bestimmten Anforderungen an Gewicht und Festigkeit zu entsprechen.
1 zeigt den Fall, dass das untere Kerbwerkzeug 22 und das obere Kerbwerkzeug 24 einen identischen Aufbau haben. (Naturgemäß können diese Werkzeuge auch eine Struktur haben, die voneinander abweicht.) Sie sind in einer Lage nach Abschuss eines Kerbvorgangs dargestellt. Im Folgenden wird nur das obere Kerbwerkzeug 24 beschrieben. Die entsprechenden Teile des unteren Kerbwerkzeugs 22 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, aber mit einem nachgestellten Apostroph, z. B. 27 und 27', wie das ohne weiteres verständlich ist.
Das Werkzeug 24 hat bei dieser Ausführungsform etwa die Form eines geschlossenen Kastens mit einer linken Seitenwand 27 und einer rechten Seitenwand 28, die oben durch eine gerade Querwand 30 verbunden sind. Eine untere Querwand 32 ist gekrümmt, und ihre Außenseite 33 ist, wie dargestellt, an die Form des Außenumfangs 34 der Hohlwelle 20 angepasst, deren Innenumfang mit 36 bezeichnet ist. Außenumfang 34 und Innenumfang 36 sind konzentrisch zur Längsachse 26. Nach Abschluss eines Kerbvorgangs liegt also die Außenseite 33 gegen den Außenumfang 34 der Hohlwelle 20 an, was wie ein Anschlag wirkt.
An beiden Enden des Außenumfangs 33 befindet sich jeweils ein Kerbwerkzeug, das links mit 40 und rechts mit 42 bezeichnet ist. Die Form dieser Werkzeuge geht am besten aus 3 hervor, wo das obere Werkzeug 24 abgehoben dargestellt ist. Man erkennt dort die Querschnittsform der Kerben 46, 48, welche von den oberen Kerbwerkzeugen 40, 42 erzeugt wurden.
Die unteren Kerben 46', 48' verlaufen, wie ersichtlich, spiegelbildlich, was eine symmetrische Krafteinwirkung zur Folge hat. Z.B. wird in 3 bei Drehung im Uhrzeigersinn, also Rechtslauf, das Drehmoment hauptsächlich durch die Kerben 48 und 46' übertragen, und bei Linkslauf hauptsächlich durch die Kerben 46 und 48', also durch diagonal gegenüber liegende Kerben.
Verbindet man das Kerbenpaar 46, 46' durch eine Linie 50, so sieht man, dass die näher bei der Längsachse 26 gelegenen Abschnitte 52, 52' im Wesentlichen mit dieser Linie 50 zusammen fallen, und dass diese Linie im Wesentlichen tangential zur Innenausnehmung 36 der Hohlwelle 20 verläuft, d.h. entweder direkt tangential, oder mit einem kleinen Abstand.
Dagegen verlaufen die von der Längsachse 26 abgewandten Abschnitte 54 der beiden Kerben 46, 46' unter einem spitzen Winkel zur Linie 50, z. B., wie dargestellt, unter einem Winkel a, wodurch das Material der betreffenden Kerbe im Wesentlichen radial nach außen abgeschält wird. Der Winkel a kann bevorzugt einen Wert von etwa 25 bis etwa 35° haben, und seine Auslegung hängt im Wesentlichen von der Anwendung, der Art der Werkstoffe, und von der Größe des zu übertragenden Drehmoments ab.
Dies ist also ähnlich, wie wenn man mit einem Messer schräg in die Außenseite der Hohlwelle 20 schneiden würde, um ein Stück von ihr nach außen abzuschälen. Dies reduziert die mechanische Belastung der Hohlwelle 20 bei der Herstellung der entsprechenden Kerbe, so dass Deformationen der Hohlwelle 20 vermieden werden.
Wie 1 und 3 zeigen, sind die Kerbwerkzeuge 40, 42 komplementär zur Form der Kerben 46, 48 ausgebildet, d. h. beim Werkzeug 40 verläuft die Innenseite 55 in Richtung der Linie 50, so dass diese Seite nur eine Schnittbewegung durchführt, und die Außenseite 56 verläuft unter einem spitzen Winkel zur Seite 55. Bei diesem Beispiel beträgt dieser Winkel mit Vorteil ca. 30°.
4 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der Kerbe 48 gemäß 3, wobei auf der Hohlwelle 20 ein Teil 62 befestigt ist, z. B. das Blechpaket eines Rotors. Durch das Aufpressen des Blechpakets 62 wird der abgeschälte Teil 64 etwas verrundet, und dieser Teil dringt etwas in das Blechpaket 62 ein und bildet so eine ausgezeichnete mechanische Verbindung zwischen Hohlwelle 20 und Blechpaket 62.
5 zeigt eine Draufsicht auf einen gekerbten Abschnitt der Hohlwelle 20 vor dem Aufpressen des Blechpakets 62.
6 zeigt in vergrößertem Maßstab die Hohlwelle 20 mit ihren vier Kerben und das Blechpaket 62, das mit insgesamt acht Taschen 66 versehen ist, in welchem acht Dauermagnete 68 befestigt sind. Man erkennt, dass die Hohlwelle 20 einen Teil der magnetischen Kreise der Dauermagnete 68 bildet, sofern sie aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist.
7 zeigt die Hohlwelle 20 mit zwei Kugellagern 70, 72, die zu ihrer Lagerung dienen. Auf ihr ist das Blechpaket 62 befestigt. Außerhalb des Blechpakets 62 befindet sich ein Stator 76 mit seiner Statorwicklung 78.
8 zeigt einen entsprechenden Motor im Schnitt. Man erkennt die Hohlwelle 20 mit ihren vier Kerbungen, die Taschen 66 mit den acht Dauermagneten 68, sowie den Aufbau des Stators mit insgesamt zwölf ausgeprägten Polen 80, auf denen jeweils eine Einzelwicklung 82 angeordnet ist.
9 zeigt entsprechend einen Längsschnitt durch den Motor der 8. Man erkennt wieder die Hohlwelle 20, die in zwei Kugellagern gelagert ist.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich, z.B. in Anpassung an unterschiedliche Werkstoffe, Drehmomente etc..

Claims

Elektromotor mit einer Hohlwelle (20), welche aufweist: Einen Wellenabschnitt mit einem vorgegebenen Innendurchmesser (d) und einem vorgegebenen Außendurchmesser (D); eine Zahl von zwei oder mehr im wesentlichen in Längsrichtung der Hohlwelle (20) verlaufenden Kerbungen (46, 48, 46', 48'), welche am Außenumfang (34) dieses Wellenabschnitts vorgesehen sind; wobei der Abstand eines Paares (46, 48) von benachbarten Kerbungen größer oder gleich dem Innendurchmesser (d) und kleiner als der Außendurchmesser (D) der Hohlwelle (20) an diesem Abschnitt ist.
Elektromotor nach Anspruch 1, bei welchem mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (52) aufweist, welcher im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (54) aufweist, welcher unter einem spitzen Winkel zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem auf die mit Kerbungen versehene Hohlwelle (20) ein Element des Elektromotors aufgepresst ist, wobei ein beim Kerben entstandener Material-Überstand verformt ist.
Elektromotor mit einer Hohlwelle (20), welche aufweist: Eine Längsachse (26); einen Wellenabschnitt mit einem vorgegebenen Innendurchmesser (d) und einem vorgegebenen Außendurchmesser (D); eine Zahl von zwei oder mehr im wesentlichen in Längsrichtung der Hohlwelle (20) verlaufenden Kerbungen (46, 48, 46', 48'), welche Kerbungen am Außenumfang (34) dieses Wellenabschnitts vorgesehen sind; wobei eine gedachte Verbindungslinie (50) zwischen einem vorgegebenen Paar (46, 46') von Kerbungen im Wesentlichen tangential zur Innenausnehmung (36) der Hohlwelle (20) verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 5, bei welchem die der Längsachse (26) der Hohlwelle (20) zugewandten Seiten (52) dieses Paares von Kerbungen im Wesentlichen in der Ebene der gedachten Verbindungslinie (50) liegen.
Elektromotor nach Anspruch 6, bei welchem die von der Längsachse (26) der Hohlwelle (20) abgewandten Seiten (54) dieses Paares (46, 46') von Kerbungen jeweils unter einem spitzen Winkel (a) zu dieser Ebene (50) verlaufen.
Elektromotor mit einer Hohlwelle (20), welche aufweist: Einen Wellenabschnitt mit einem vorgegebenen Innendurchmesser (d) und einem vorgegebenen Außendurchmesser (D); eine Zahl von zwei oder mehr im wesentlichen in Längsrichtung der Hohlwelle (20) verlaufenden Kerbungen (46, 48, 46', 48'), welche am Außenumfang (34) dieses Wellenabschnitts vorgesehen sind; wobei der Abstand eines Paares (46, 48) von benachbarten Kerbungen größer oder gleich dem Innendurchmesser (d) und kleiner als der Außendurchmesser (D) der Hohlwelle (20) an diesem Abschnitt ist, und mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (52) aufweist, welcher im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 8, bei welchem mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (54) aufweist, der unter einem spitzen Winkel zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem auf die mit Kerbungen versehende Hohlwelle (20) ein Element (62) des Elektromotors aufgepresst ist, wobei ein beim Kerben entstandener Material-Überstand verformt ist.
Elektromotor mit einer Hohlwelle (20), welche aufweist: Eine Längsachse (26); einen Wellenabschnitt mit einem vorgegebenen Innendurchmesser (d) und einem vorgegebenen Außendurchmesser (D); eine Zahl von zwei oder mehr im wesentlichen in Längsrichtung der Hohlwelle (20) verlaufenden Kerbungen (46, 48, 46', 48'), welche Kerbungen am Außenumfang (34) dieses Wellenabschnitts vorgesehen sind, wobei eine gedachte Verbindungslinie (50) zwischen einem vorgegebenen Paar (46, 48) von Kerbungen im Wesentlichen tangential zur Innenausnehmung (36) der Hohlwelle (20) verläuft, und die der Längsachse (26) der Hohlwelle (20) zugewandten Seiten (52) dieses Paares von Kerbungen im Wesentlichen in der Ebene der gedachten Verbindungslinie (50) liegen.
Elektromotor nach Anspruch 11, bei welchem die von der Längsachse (26) der Hohlwelle (20) abgewandten Seiten (54) dieses Paares (46, 46') von Kerbungen jeweils unter einem spitzen Winkel (alpha) zu dieser Ebene (50) verlaufen.
Elektromotor mit einem permanent erregten Innenrotor, welcher ein mit Taschen (66) versehenes Blechpaket (62) aufweist, in welchem Dauermagnete (68) befestigt sind, welches Blechpaket (62) auf eine Hohlwelle (20) aufgepresst ist, die mit Längskerben (48, 48') versehen und aus einem ferromagnetischen Werkstoff hergestellt ist und einen Teil des magnetischen Kreises der Dauermagnete (68) bildet, wobei der Abstand eines benachbarten Paares (46, 46') von Längskerben größer oder gleich dem Innendurchmesser (d) und kleiner als der Außendurchmesser (D) der Hohlwelle (20) im Bereich des Blechpakets (62) ist.
Elektromotor nach Anspruch 13, bei welchem mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (52) aufweist, welcher im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem mindestens eine Kerbung (46) einen Abschnitt (54) aufweist, welcher unter einem spitzen Winkel zu einer Ebene verläuft, die durch dieses Paar (46, 48) von Kerbungen verläuft.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei welchem ein beim Kerben entstandener Materialüberstand der Hohlwelle (20) durch das Aufpressen des Blechpakets (62) verformt ist und eine Brücke im magnetischen Kreis der Dauermagnete (68) bildet.
Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Innenumfang (36) der Hohlwelle (20) und ihr Außenumfang (34) im Wesentlichen konzentrisch zu einander ausgebildet sind.