Verfahren zur Herstellung einer Rotor-Wellen/Hülsen-Einheit und Rotor-Wellen/HüIsen-Einheit

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rotor-Wellen/Hülsen-Einheit für bürstenlose Gleich ^¬ strommotoren (BLDC-Motoren) . Eine Rotor-Wellen-Einheit setzt sich aus einem Rotor-Blechpaket , an dem bzw. in dem entsprechende Magneten (Permanentmagneten) angeordnet sind, und einer Welle zusammen, wobei das Ro ^¬ tor-Blech-Paket an der Welle fixiert ist. Beim Stand der Technik wird das Rotor-Blech-Paket massiv konstruiert, und es wird eine entsprechende Öffnung im Rotor-Blech-Paket ausgestanzt, deren Durchmesser dem Durchmesser der aufzunehmenden Welle entspricht . Über diese Stanzbohrung wird das Rotor-Blech-Paket auf die Welle gepresst . Eine solche Rotor-Wellen-Einheit zeichnet sich durch ein relativ großes Gewicht aus, da sich das Rotor-Blech-Paket über die gesamte radiale Abmessung von der Welle bis zum Außendurchmesser des Rotors erstreckt. Dies ist nachteilig, denn das Gewicht spielt bei einem Rotor eines Elektromotors in zweifacher Weise eine entscheidende Rolle. Es wirkt sowohl auf das Gesamtgewicht des Motors ein als auch auf dessen Rotationsträgheit und damit auf das dynamische Verhalten des Motors.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Rotor-Wellen/Hülsen-Einheit zur Verfügung zu stellen, mit dem sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise Rotor-Wellen/Hülsen-Einheiten mit be ^¬ sonders geringem Gewicht herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst: Bereitstellen eines ringförmigen Rotor-Blech-Paketes mit einer zentralen Öffnung, deren Durchmesser wesentlich größer ist als der einer aufzunehmenden Welle oder Hülse; b. Zentrieren einer Welle oder einer Hülse innerhalb der Öffnung des Rotor-Blech-Paketes; c. Einführen des die Welle oder Hülse und das Rotor-Blech-Paket umfassenden Gebildes in ein Kunststoffsprit zwerkzeug; und d. Durchführen eines Spritzprozesses zum Erhalt einer das

Rotor-Blech-Paket mit der Welle oder Hülse verbindenden Kunststoffnabe . Erfindungsgemäß wird das Rotor-Blech-Paket mit einer Öffnung mit einem solch großen Durchmesser versehen, dass der Schluss der magnetischen Feldlinien sichergestellt ist, jedoch nur noch so viel Stahlblech im Rotor verbaut wird, wie dies für den mag ^¬ netischen Rückschluss zwingend notwendig ist. Die Aufgabe der Verbindung von Welle oder Hülse zu Rotor und somit der Übertragung von Momenten und Kräften wird über eine viel leichtere Kunst- stoffnabe gelöst. Diese ist leichter wegen der deutlich ge ^¬ ringeren Dichte gegenüber Stahlblech. Zusätzlich kann diese Nabe durch Rippen und dünne Wandstärken noch über die Formgebung leicht im Gewicht optimiert werden.

Mittels eines Kunststoff-Sprit zguss-Prozesses wird die Welle oder Hülse mit ihrem Durchmesser bis zum Rotor-Blech-Paket- Innendurchmesser über eine so erzeugte KunstStoffnabe verbunden. Wie bereits erwähnt, wird dabei der Abstand zwischen Wellen/Hül ^¬ senoberfläche und Blechpaket-Innendurchmesser so groß wie möglich ausgeführt, um möglichst viel Stahlblech zu sparen und durch Kunststoff zu ersetzen. Die hierdurch erreichte Gewichts ^¬ reduzierung ist insbesondere in Bezug auf die drehmomentstarken BLDC-Motoren von Vorteil, da diese die Magneten auf einem recht großen Durchmesser tragen. Es kann bei diesen Motoren somit sehr viel Blechmasse durch die KunstStoffnabe ersetzt werden. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch zwei Varianten aus. Bei einer ersten Variante wird eine Rotor-Wellen-Einheit hergestellt, bei der eine Welle innerhalb der zentralen Öffnung des Rotor-Blech-Paketes zentriert wird, das die Welle und das Rotor-Blech-Paket umfassende Gebilde in ein Kunststoffspritz ^¬ werkzeug eingeführt und ein Sprit zprozess durchgeführt wird, um eine das Rotor-Blech-Paket mit der Welle verbindende Kunst ^¬ stoffnabe zu erhalten. Bei dieser Welle wird daher die Welle direkt an das Rotor-Blech-Paket angeformt.

Bei einer zweiten Variante wird eine Hülse an das Rotor-Blech-Pa ^¬ ket angeformt. Die vorstehend beschriebenen Schritte werden ebenfalls durchgeführt, wobei nur anstelle der Welle eine Hülse angeformt wird. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Metallhülse, innerhalb der eine entsprechende Welle fixiert werden kann. Diese Verfahrensvariante wird insbesondere dann durchgeführt, wenn aus besonderen Gründen, beispielsweise der Montierbarkeit , keine unlösbare Verbindung zwischen Rotor und Welle möglich oder gewünscht ist. Hierbei wird dann statt der Welle eine Hülse, vorzugsweise eine metallische Hülse, ins ^¬ besondere eine solche aus Stahl, in das Kunststoffspritzwerkzeug eingelegt, und es wird ein entsprechender Sprit zprozess durchgeführt .

Bei dieser Verfahrensvariante bieten sich anschließend beliebige Möglichkeiten, diese Hülse mit der Welle montier- und demontier ^¬ bar zu verbinden, beispielsweise durch Pressen, Klemmen, Schrauben, über formschlüssige Konturen etc. Auch können vielerlei unlösbare Verbindungen, wie Schweißen, Kleben, Löten, ausgeführt werden.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher nach Fertigstellung einer Rotor-Hül- sen-Einheit eine Welle in der Hülse fixiert. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrens wird das Rotor-Blech-Paket mit der darin zentrierten Welle oder Hülse umspritzt. Das die Welle oder Hülse und das Rotor-Blech-Paket umfassende Gebilde wird somit in ein Kunststoffspritzwerkzeug eingeführt, und es wird anschließend ein Umsprit zprozess ausgeführt, so dass eine Rotor-Wellen/ Hülsen-Einheit erhalten wird, bei der das Rotor-Blech-Paket zusätzlich zur Ausbildung der KunstStoffnabe im Wesentlichen vollständig in eine KunstStoffmasse eingebettet ist. Hierbei können mit diesem Umsprit zvorgang auch die Magneten im/am

Rotor-Blechpaket fixiert werden. Es kann daher ein einziger Umsprit zvorgang durchgeführt werden, mit dem gleichzeitig die Magneten im Rotor-Blech-Paket fixiert und das Rotor-Blech-Paket mit der Welle oder Hülse verbunden wird.

Bei dieser Verfahrensvariante wird vorzugsweise das Rotor-Blech- Paket durch den Spritzvorgang auf seinen axialen Endflächen mit einem KunstStoffÜberzug versehen. Die KunstStoffnabe wird vorzugsweise so hergestellt, dass sie sich durch eine möglichst dünne Wandstärke auszeichnet. Hier können entsprechende Verstärkungsrippen ausgeformt werden, um die nötige Festigkeit bzw. Stabilität zu erreichen. Dabei wird bei einer speziellen Ausführungsform eine KunstStoffnabe hergestellt, die im Querschnitt Doppel-T-Form besitzt. Hierbei ist ein radial äußerer Ringflansch benachbart zum Rotor-Blech- Paket angeordnet, während sich ein innerer Ringflansch be ^¬ nachbart zur Welle befindet. Beide Ringflansche sind über einen relativ dünnen Steg miteinander verbunden. Entsprechende Verstärkungsrippen können beispielsweise senkrecht zum Steg angeordnet sein und die beiden Ringflansche miteinander ver ^¬ binden .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann so vorgegangen werden, dass im Rotor-Blech-Paket eine zentrale Öffnung ausgestanzt wird, die im anschließenden Sprit zprozess mit der KunstStoffnabe versehen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Rotor-Wellen/Hül ^¬ sen-Einheit eines bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC-Motors ) mit einem ringförmigen Rotor-Blech-Paket und einer Welle oder Hülse, wobei Rotor-Blech-Paket und Welle oder Hülse durch eine KunstStoffnabe miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Rotor-Wellen/Hülsen-Einheit mit Kunststoff umspritzt, so dass das Rotor-Blech-Paket mehr oder weniger in eine KunstStoffmasse eingebettet ist, wobei auch die Magneten im/am Rotor-Blech-Paket durch den Kunststoff-Umsprit zvorgang fixiert sein können.

Die KunstStoffnabe selbst zeichnet sich vorzugsweise durch eine dünne Wandstärke aus, wobei entsprechende Verstärkungsrippen vorgesehen sein können. Speziell kann eine KunstStoffnabe vorgesehen sein, die im Querschnitt Doppel-T-Form besitzt , wobei die entsprechenden Ringflansche benachbart zur Welle oder Hülse und zum Rotor-Blech-Paket vorgesehen sind, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Wenn das Rotor-Blech-Paket mit KunstStoffmasse umspritzt ist, weist es vorzugsweise auch auf seinen axialen Endflächen einen KunstStoffÜberzug auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine schematische räumliche Darstellung

einer Rotor-Wellen-Einheit;

Figur 2 eine andere schematische räumliche Dar ^¬ stellung der Rotor-Wellen-Einheit der Figur 1 mit einem herausgebrochenen Abschnitt; und

Figur 3 einen Vertikalschnitt durch eine Rotor-

Hülsen-Einheit . Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rotor-Wellen-Einheit handelt es sich um eine solche für einen bürstenlosen Gleich ^¬ strommotor (BLDC-Elektromotor) , der ein ringförmiges Rotor- Blech-Paket 1 mit in diesem speichenförmig angeordneten Per- manentmagneten 3 besitzt. Durch die Öffnung der ringförmigen Rotor-Wellen-Einheit erstreckt sich eine Welle 5, die mit dem Rotor fest verbunden ist. Rotor und Welle 5 sind über eine KunstStoffnabe 6 verbunden, die über einen Umsprit zvorgang des Rotors mit Welle hergestellt worden ist. Wie Figur 2 zeigt, setzt sich die KunstStoffnabe 6 aus einem radial inneren Ringflansch 9 und einem radial äußeren Ringflansch 8 zusammen, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Der radial äußere Ringflansch 8 ist dann an das Rotor-Blech-Paket 1 angeformt, während der innere Ringflansch 9 an die Welle 5 angeformt ist. Des Weiteren sind durch diesen Umsprit zvorgang die Magneten 3 im Rotor- Blech-Paket 1 durch entsprechende KunstStoffmasse 2 fixiert. Auch weisen die axialen Seiten der Einheit entsprechende KunstStoffÜberzüge 4 auf. Die KunstStoffnabe 6 ersetzt entsprechendes Blechmaterial, so dass sich eine wesentliche Gewichtsersparnis der Rotor-Wel ^¬ len-Einheit gegenüber dem Stand der Technik ergibt. Zur Sta ^¬ bilisierung bzw. Festigkeitserhöhung ist die KunstStoffnabe 6 mit radial verlaufenden Rippen 7 versehen, die den Steg, äußeren Ringflansch 8 und inneren Ringflansch 9 miteinander verbinden. Die Verbindung des Rotor-Blech-Paketes 1 mit der Welle 5 sowie die Fixierung der Magneten am Blechpaket wird mit einem einzigen Umsprit zvorgang hergestellt, so dass sich eine kostenoptimierte Vorgehensweise erreichen lässt.

Figur 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Rotor-Hül ^¬ sen-Einheit, die mit einer Welle 5 versehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine doppel-T-förmige KunstStoffnabe 6 mit einem radial äußeren Flansch 8 und einem radial inneren Flansch 9, die über einen Steg verbunden sind, zwischen einem radial äußeren Rotor-Blech-Paket (nur schematisch dargestellt) 1 und einer Hülse 10 aus einem geeigneten Metall vorgesehen. Die Kunststoffnabe 6 ist an das Rotor-Blech-Paket 1 und an die Hülse 10 angeformt.

Nach Herstellung der aus der Hülse 10, der KunstStoffnabe 6 und dem Rotor-Blech-Paket 1 bestehenden Rotor-Hülsen-Einheit durch einen Spritzgießvorgang in einem geeigneten Spritzgießwerkzeug wird die hergestellte Einheit über eine Pressverbindung mit der Welle 5 verbunden.