DE102010063194A1

DE102010063194A1 - Vorrichtung und Verfahren zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors eines Elektromotors

Info

Publication number: DE102010063194A1
Application number: DE102010063194A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Rienecker; Eckhard Müller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors (10) eines Elektromotors, wobei der Rotor (10) aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Rotorelementen (12, 16) aufgebaut ist. Die Vorrichtung weist eine Aufnahmeeinheit (24) auf, die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) in Form eines geschichteten Stapels aufzunehmen. Ferner weist die Vorrichtung eine Presseinheit (26), die dazu ausgebildet ist, einen Pressvorgang zum Aufbringen einer definierten Kraft (F) auf die in der Aufnahmeeinheit (24) befindlichen Rotorelemente (12, 16) auszuführen. Außerdem weist die Vorrichtung eine Schraubeinheit (28) auf, die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) miteinander zu verschrauben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors eines Elektromotors, wobei der Rotor aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Rotorelementen aufgebaut ist.
Elektromotoren können in vielfältiger Weise eingesetzt werden, so auch in jüngster Vergangenheit als Antriebsmotor im Automobilbau. Die Fahrzeuge können dabei als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben dem Elektromotor ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch einen Elektromotor angetrieben wird. Die zum Einsatz kommenden Elektromotoren sind als Innenläufermotoren ausgelegt, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator erzeugt ein sich drehendes Magnetfeld, durch das der Rotor mitgenommen wird. Der Rotor trägt eine Rotorwelle, die wirktechnisch mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs verbunden ist.
Zum Antrieb eines Fahrzeugs können Synchronmotoren, insbesondere Hybrid-Synchronmotoren, oder Asynchronmotoren zum Einsatz kommen. Der Synchronmotor kann dabei als permanent erregter Synchronmotor ausgebildet sein, bei dem Permanentmagnete in den Rotor eingearbeitet sind. Bei einem Hybrid-Synchronmotor sind die Permanentmagnete so im Rotor angeordnet, dass der Reluktanzeffekt für die Erzeugung des auf den Rotor wirkenden Drehmoments mit genutzt wird. Alternativ kann der Rotor eines Synchronmotors anstatt mit Permanentmagneten auch mit Elektromagneten bestückt sein. Bei einem Asynchronmotor kann der Rotor auf zwei Arten ausgeführt sein. Er kann mit einer Wicklung aus massiven, permanent kurzgeschlossenen Leiterstäben bestückt sein. Alternativ kann er mit Drahtwicklungen bestückt sein, deren Enden auf Schleifringe geführt sind, wobei die Drahtwicklungen mit steigender Drehzahl des Rotors allmählich kurzgeschlossen werden.
Unabhängig davon, ob der Elektromotor als Synchronmotor oder als Asynchronmotor ausgeführt ist, der Rotor ist üblicherweise aus einer Vielzahl von Rotorblechen aufgebaut. Dadurch wird ein besonders günstiges Magnetfeldverhalten erzielt. Für gewöhnlich sind mehrere Rotorbleche baulich zu einem Rotorblechpaket zusammengefasst. Der Rotor ist dann aus mehreren Rotorblechpaketen aufgebaut, wobei die Rotorblechpakete zwischen zwei Stützscheiben angeordnet sind. Das Zusammenfassen einzelner Rotorbleche zu Rotorblechpaketen ist nicht zwingend, es vereinfacht aber die Montage des Rotors, insbesondere das Fixieren der Permanentmagente. Der Rotor kann auch aus vereinzelten Rotorblechen aufgebaut sein, die ebenfalls zwischen zwei Stützscheiben angeordnet sind.
Die einzelnen Elemente, aus denen der Rotor aufgebaut ist, d. h. die beiden Stützscheiben und die Rotorblechpakete oder die beiden Stützscheiben und die vereinzelten Rotorbleche werden zur Bildung einer Rotoreinheit mechanisch miteinander verbunden. Es hat sich etabliert, hierfür die Elemente miteinander zu verschrauben. Somit kann die Rotoreinheit bei Bedarf problemlos wieder in ihre einzelnen Elemente zerlegt werden. Vorteilhaftweise werden die Schrauben durch ein drehmoment-drehwinkelgesteuertes Anziehverfahren angezogen.
Allerdings tritt beim Verschrauben der Rotorelemente folgendes Problem auf: Ein Rotor ist aus einer Vielzahl von Rotorblechen aufgebaut, beispielsweise aus 300 bis 400, mitunter sogar mehr Rotorblechen. Unabhängig davon, ob die Rotorbleche zu Rotorblechpaketen zusammengefasst sind oder nicht, weist ein Rotor demzufolge eine entsprechende Anzahl von Materialübergängen auf, zum einen zwischen den einzelnen Rotorblechen selbst und zum anderen auch in Bezug auf die Stützscheiben. Bei jedem Materialübergang kann es beim Schraubvorgang zu einem Setzvorgang kommen. Diese Setzvorgänge bzw. dieses Setzverhalten führt dazu, dass nach Beendigung des Schraubvorgangs – die Schrauben sind angezogen und die Rotorbleche haben sich gesetzt – auf die Schrauben eine wenig bis gar nicht reproduzierbare bzw. definierte Vorspannkraft wirkt. Zudem sind aufgrund des Setzverhaltens entsprechend große Drehmomente auf die Schrauben aufzubringen. Zum einen müssen hierfür entsprechend ausgebildete Elektrospindeln eingesetzt werden, die sehr teuer sind. Zum anderen sind die bei der Montage eines Rotors zum Einsatz kommenden langen Schrauben einem großen Torsionsmoment und somit einer großen Torsionsbelastung ausgesetzt. Hinzukommt, dass die Schrauben in einer definierten Schraubreihenfolge angezogen werden müssen, um sicherzustellen, dass die die Rotoreinheit abschließenden Rotorbleche bzw. Rotorblechpakete bzw. Stützscheiben trotz des Setzverhaltens zueinander plan ausgerichtet sind, was nicht der Fall ist, wenn solch eine definierte Schraubreihenfolge nicht eingehalten wird. Werden die Rotorelemente beispielsweise mit vier Schrauben verbunden, so werden diese über Kreuz angezogen. Das Einhalten einer Schraubreihenfolge gestaltet den Montageprozess nicht nur aufwändig, es verringert auch die Prozesssicherheit.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors eines Elektromotors zu schaffen, mit der bzw. mit dem Rotoren unaufwändig, kostengünstig und mit hoher Prozesssicherheit montiert werden können, und mit der bzw. mit dem gleichzeitig sichergestellt ist, dass auf die für das Verbinden der Rotorelemente verwendeten Schrauben eine reproduzierbare und somit definierte Vorspannkraft wirkt, ohne hierfür die Schrauben einem großen Drehmoment und somit einer großen Torsionsbelastung aussetzen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die folgende Mittel aufweist: eine Aufnahmeeinheit, die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente in Form eines geschichteten Stapels aufzunehmen, eine Presseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Pressvorgang zum Aufbringen einer definierten Kraft auf die in der Aufnahmeeinheit befindlichen Rotorelemente auszuführen, und eine Schraubeinheit, die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente miteinander zu verschrauben.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:

– Aufnehmen der scheibenförmigen Rotorelemente in Form eines geschichteten Stapels in einer Aufnahmeeinheit,
– Aufbringen einer definierten Kraft auf die in der Aufnahmeeinheit befindlichen Rotorelemente durch einen von einer Presseinheit ausgeführten Pressvorgang, und
– Verschrauben der scheibenförmigen Rotorelemente miteinander durch eine Schraubeinheit.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, dem eigentlichen Schraubvorgang einen Pressvorgang vorzulagern, bei dem die Rotorelemente vor dem Verschrauben mit einer definierten Kraft zusammengedrückt werden. Durch den vorgelagerten Pressvorgang wird erreicht, dass die Setzvorgänge nicht während dem eigentlichen Schraubvorgang, sondern zeitlich vor diesem erfolgen. Dadurch wird für das Verschrauben der Rotorelemente ein sehr viel geringeres Drehmoment benötigt und es ist zudem sichergestellt, dass am Ende des Schraubvorgangs eine definierte Vorspannkraft auf die Schrauben wirkt. Aufgrund des geringeren Drehmoments kann beim Verschrauben auf den Einsatz kostspieliger, weil entsprechend ausgelegter Elektrospindeln verzichtet werden. Stattdessen kann eine Schraubeinheit eingesetzt werden, deren maximal erzeugbares Drehmoment sehr viel geringer ist als dasjenige, welches von den zuvor eingesetzten Elektrospindeln erzeugt werden kann. Bei den geringeren Drehmomenten ist sichergestellt, dass die Schrauben während des Schraubvorganges keiner großen Torsionsbelastung ausgesetzt sind. Da der Setzvorgang vor dem eigentlichen Schraubvorgang erfolgt, ist es auch nicht erforderlich, eine definierte Schraubreihenfolge einzuhalten. Bei den Rotorelementen kann es sich handeln um: vereinzelte Rotorbleche allein; eine Kombination bestehend aus vereinzelten Rotorblechen und Stützscheiben; eine Kombination bestehend aus Rotorblechpaketen und Stützscheiben, wobei die Rotorblechpakete aus Rotorblechen aufgebaut sind.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Schraubeinheit dazu ausgebildet, die Rotorelemente während des Pressvorganges miteinander zu verschrauben. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Rotorelemente während des Schraubvorgangs zusammengedrückt sind und somit einen definierten Zustand einnehmen. Dadurch kann mit einem besonders geringen Drehmoment verschraubt werden und die auf die Schrauben wirkende Vorspannkraft kann sehr präzise eingestellt werden. Vorzugsweise liegt das Drehmoment beim Verschrauben in der Größenordnung von 5 bis 10 Nm. Vorteilhafterweise wird der Schraubvorgang dann begonnen, wenn sich die durch den Pressvorgang zu erzeugende definierte Kraft eingestellt hat. Nach Beendigen des Schraubvorgangs wird die Kraft dann zurückgenommen, was dazu führt, dass sich die vormals zusammengedrückten Rotorelemente entspannen. Dadurch verspannen sich die Schrauben, die Rotorelemente und die Muttern, in die die Schrauben eingreifen. Zum Lösen der so hergestellten Schraubverbindungen ist ein definiertes Drehmoment erforderlich.
Alternativ ist es auch denkbar, zunächst den Pressvorgang durchzuführen und nach Wegnahme der aufgebrachten Kraft den Schraubvorgang zu starten. In diesem Fall ist während des Schraubvorgangs keine definierte Kraft auf die Rotorelemente aufgebracht, gleichwohl wird im Vergleich zu der bisherigen Vorgehensweise, bei der kein Pressvorgang durchgeführt wird, ein geringeres Drehmoment für das Verschrauben der Rotorelemente benötigt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Presseinheit dazu ausgebildet, eine Anzahl von Vorpressvorgängen auszuführen, die zeitlich vor demjenigen Pressvorgang liegen, während dem die Rotorelemente miteinander verschraubt werden. Es hat sich gezeigt, dass die zu einem Stapel geschichteten Rotorelemente in Bezug auf die Kraft, die zum Zusammendrücken der Rotorelemente bzw. des Stapels aufzubringen ist, einer Hysterese unterliegen. Die Hysterese macht sich folgendermaßen bemerkbar: beim erstmaligen Aufbringen der definierten Kraft auf die Rotorelemente werden diese bzw. der Stapel um einen Weg s₁ zusammengedrückt. Wird danach ein zweiter Pressvorgang durchgeführt, so werden durch dieselbe aufgebrachte Kraft der Stapel bzw. die Rotorelemente nur noch um einen gegenüber dem Weg s₁ kleineren Weg s₂ zusammengedrückt. Bei einem dritten Pressvorgang ergibt sich bei derselben aufgebrachten Kraft ein Weg s₃, der wiederum kleiner ist als der Weg s₂. Dieser Hystereseeffekt kann nun dazu genutzt werden, das sich während des eigentlichen Schraubvorgangs zeigende Setzverhalten auf ein noch geringeres Maß, vorzugsweise auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Dadurch, dass vor demjenigen Pressvorgang, während dem das Verschrauben der Rotorelemente erfolgt, zumindest einmal die Rotorelemente mit einer definierten Kraft, beispielsweise 100 kN zusammengedrückt und anschließend wieder entspannt werden, kann vor dem Verschrauben ein Teil des Setzverhaltens aus den Rotorelementen herausgenommen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahmeeinheit eine Bodenplatte mit einer Anzahl von ersten Vertiefungen auf, wobei die ersten Vertiefungen dazu ausgebildet sind, für das Verbinden der Rotorelemente verwendete Schrauben zu fixieren. Diese Maßnahme hat zwei Vorteile. Zum einen wird dadurch in einfacher Art und Wiese das Halten der Schrauben realisiert, welches für das Einbringen der Rotorelemente in die Aufnahmeeinheit erforderlich ist. Zum anderen wird sichergestellt, dass sich die Schrauben beim Schraubvorgang nicht mit drehen, weswegen nach Beendigung des Schraubvorgangs eine definierte Vorspannkraft auf die einzelnen Schrauben wirkt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahmeeinheit eine Bodenplatte mit zumindest einem Montagedorn auf. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Rotorelemente sowohl während des Pressvorgangs als auch während des Schraubvorgangs gegen ein unbeabsichtigtes seitliches Verrutschen gesichert sind und somit eine definierte Lage einnehmen, wodurch eine hohe Prozesssicherheit erreicht wird. Zudem lassen sich die Rotorelemente schnell und ohne großen Aufwand aufeinander stapeln.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Presseinheit einen Stempel auf, der dazu ausgebildet ist, die Kraft im Wesentlichen orthogonal auf die Rotorelemente aufzubringen. Durch diese Maßnahme wird ein ungleiches Zusammendrücken der Rotorelemente vermieden, was beispielsweise dadurch hervorgerufen werden kann, dass sich die zu einem Stapel geschichteten Rotorelemente während des Pressvorgangs aufgrund eines räumlich unterschiedlichen Setzverhaltens schräg ausrichten. Diese Maßnahme ermöglicht einen selbsteinstellenden Winkelausgleich der Presseinheit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wirkt der Stempel mit einer Deckelplatte zusammen, wobei die Deckelplatte eine Anzahl von Aussparungen aufweist. Diese Maßnahme ermöglicht ein einfaches Zusammenspiel von Pressvorgang und Schraubvorgang. Aufgrund der Aussparungen der auf den Rotorelementen aufliegenden Deckelplatte können die Rotorelemente während des Pressvorgangs in einfacher Art und Weise verschraubt werden. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass die Deckelplatte eine möglichst große Anpressfläche aufweist um die Kraft gleichmäßig auf die Rotorelemente aufbringen zu können.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme sind der Stempel und die Deckelplatte miteinander verbunden. Durch diese Maßnahme wird ein eindeutiges und somit reproduzierbares Zusammenwirken von Stempel und Deckelplatte sichergestellt, was letztlich dazu führt, dass die definierte Vorspannkraft sehr zuverlässig eingestellt werden kann.
Auch wenn die Erfindung vorstehend ausschließlich im Zusammenhang mit dem Verschrauben von Rotorelemente beschrieben wurde, ist es denkbar, die Erfindung auch im Zusammenhang mit anderen Fügetechniken einzusetzen. Zudem versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen:
1 den Aufbau eines Rotors eines Elektromotors anhand von zwei Teilfiguren,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 Detaildarstellungen von Stempel von Deckelplatte in unterschiedlicher Ausführung,
4 eine schematische Darstellung der Bodenplatte in einer Draufsicht,
5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenwirkens von Bodenplatte, Deckelplatte und Rotorelementen,
6 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen aufgebrachter Kraft und des sich daraus ergebenden Wegs, um den die Rotorelemente zusammengedrückt werden.
1 besteht aus zwei Teilfiguren. 1a zeigt in einer Explosionsdarstellung die wesentlichen Komponenten, aus denen ein Rotor 10 eines Elektromotors aufgebaut ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll es sich bei dem Elektromotor um einen Synchronmotor, insbesondere um einen Hybrid-Synchronmotor handeln. Üblicherweise ist der Rotor 10 aus Rotorblechpaketen 12 aufgebaut, wobei in die Rotorblechpakete 12 jeweils Permanentmagnete 14 eingesetzt sind. Die Rotorblechpakete 12 wiederum sind jeweils aus einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Rotorblechen aufgebaut. Die Rotorblechpakete 12 sind zwischen zwei Stützscheiben 16 angeordnet. Die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 werden miteinander durch vier Schrauben 18 und zugehörige Mutter 20 verbunden. Jeweils eine Schraube 18 und eine Mutter 20 bilden zusammen ein Verbindungselement. 1b zeigt den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilmontierten Rotor 10.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit demjenigen Montageschritt, bei dem die Rotorelemente Rotorblechpaket und Stützscheibe zu einer Rotoreinheit miteinander verschraubt werden. Das Einsetzen der Permanentmagnete und das Einbringen einer Rotorwelle sind nicht Teil dieses Montageschrittes. Die vorstehenden Ausführungen, gemäß denen Rotorblechpakete und Stützscheiben miteinander verschraubt werden, soll keine einschränkende Wirkung haben. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können ebenso bei der Montage eines Elektromotors zum Einsatz kommen, der nicht aus Rotorblechpaketen sondern aus vereinzelten Rotorblechen aufgebaut ist. In diesem Fall werden dann die Rotorelemente Rotorblech und Stützscheibe miteinander verschraubt.
In 2 ist eine in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 22 bezeichnete Vorrichtung zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors eines Elektromotors dargestellt. Die Vorrichtung 22 weist eine Aufnahmeeinheit 24, eine Presseinheit 26, eine Schraubeinheit 28 und eine Steuerungseinheit 30 auf.
Die Aufnahmeeinheit 24 nimmt die zu verbindenden Rotorblechpakete 12 und Stützscheiben 16 auf, wobei diese scheibenförmigen Rotorelemente dabei in Form eines geschichteten Stapels angeordnet sind und sich über ihre Grund- und Deckflächen gegenseitig abstützen. Die Aufnahmeeinheit 24 weist eine Bodenplatte 32 mit zumindest einem Montagedorn 34 auf. Sowohl die Rotorblechpakete 12 als auch die Stützscheiben 16 weisen jeweils eine Zentralbohrung auf. Im montierten Zustand des Rotors wird durch den dadurch entstehenden Hohlzylinder die Rotorwelle eingefügt. Der Montagedorn 34 greift in eben diese Zentralbohrungen bzw. in diesen Hohlzylinder ein, wodurch die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 zentriert sind und während der Montage gegen unbeabsichtigtes Verrutschen gesichert sind.
Mit der Presseinheit 26 wird ein Pressvorgang ausgeführt, bei dem eine definierte Kraft auf die in der Aufnahmeeinheit 24 befindlichen Rotorblechpakete 12 und Stützscheiben 16 aufgebracht wird. Die Presseinheit 26 besteht aus einem Tisch 36, einem darauf angeordneten Portal 38 und einer auf dem Portal 38 angeordneten Hubeinheit 40, mit der ein Stempel 42 und eine gegebenenfalls an diesem angebrachte Deckelplatte 44 axial in Richtung der zu verbindenden Rotorblechpakete 12 und Stützscheiben 16 bewegt werden können, um zumindest die Rotorblechpakete 12 zusammenzudrücken. Die Bodenplatte 32 kann auf dem Tisch 36 angeschraubt werden. Die Presseinheit 26 kann auch zum. Einpressen einer Rotorwelle in den Rotor eingesetzt werden.
Mit der Schraubeinheit 28 werden die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 miteinander verschraubt. Hierfür weist die Schraubeinheit 28 einen Schraubkopf 46 auf, der an einem Arm 48 befestigt ist. Der Arm 48 ist dazu ausgebildet, den Schraubkopf 46 in die entsprechenden Positionen zu bringen.
Mit der Steuerungseinheit 30 werden die Presseinheit 26 und die Schraubeinheit 28 angesteuert, um den Pressvorgang und den Schraubvorgang zeitlich miteinander zu koordinieren. Vorzugsweise werden diese beiden Einheiten so angesteuert, dass zunächst der Pressvorgang eingeleitet wird, und dann, wenn die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 zusammengedrückt sind, der Schraubvorgang gestartet wird. Die Rotorelemente werden somit während des Pressvorganges miteinander verschraubt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerungseinheit 30 die Presseinheit 26 so ansteuert, dass zunächst eine Anzahl von Vorpressvorgängen, beispielsweise zwei oder drei, ausgeführt werden, die zeitlich vor demjenigen Pressvorgang liegen, während dem die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 miteinander verschraubt werden.
Die Vorrichtung 22 kann zudem eine nicht dargestellte Greifeinheit aufweisen, die dazu ausgebildet ist, die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 in die Aufnahmeeinheit 24 einzulegen. Mit solch einer Greifeinheit können auch die Schrauben 18 und die Muttern 20 platziert werden. Anstelle einer eigenständig ausgeführten Greifeinheit ist es auch denkbar, dass die Schraubeinheit 28 so ausgebildet ist, dass der Schraubkopf 46 von dem Arm 48 abgenommen und ein entsprechend ausgebildeter Greifkopf angebracht werden kann.
In 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungen des Stempels 42 dargestellt, wobei der Stempel 42 beides Mal so ausgebildet ist, dass die Kraft im Wesentlichen orthogonal auf die zu verbindenden Rotorelemente aufgebracht wird. In einer ersten Ausführungsform, die in den 3a und 3c dargestellt ist, weist der Stempel 42 einen kugelförmigen Abschnitt 50 auf, über den der Stempel 42 mit der Deckelplatte 44 zusammenwirkt. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Stempel 42 und die Deckelplatte 44 beweglich miteinander verbunden sind (3a) oder aber zwei getrennte Bauteile sind (3c). In einer zweiten Ausführungsform, die in den 3b und 3d dargestellt ist, weist der Stempel 42 ein Gelenk 52 auf, an das sich ein quaderförmiger Abschnitt 54 anschließt, über den der Stempel 42 mit der Deckelplatte 44 zusammenwirkt. Auch bei dieser zweiten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Stempel 42 und die Deckelplatte 44 beweglich miteinander verbunden sind (3c) oder aber zwei getrennte Bauteile sind (3d). Sowohl durch den kugelförmigen Abschnitt 50 als auch durch das Gelenk 52 wird sichergestellt, dass bei einem räumlich unterschiedlichen Setzverhalten der Rotorelemente die Deckelplatte 44 entsprechend nachgeführt wird und somit am Ende des Pressvorgangs das oberste und das unterste Rotorelement zueinander plan angeordnet sind.
4 zeigt die Bodenplatte 32 in einer Draufsicht von oben. Die Bodenplatte weist eine zweite Vertiefung 56 auf, die zumindest die untere der beiden Stützscheiben 16, eventuell auch eines der Rotorblechpakete 12 aufnimmt. Die Bodenplatte 32 weist erste Vertiefungen 58 auf, die dazu ausgebildet sind, die Schrauben 18 zu fixieren. Weisen die Schrauben 18 beispielsweise einen Sechskantkopf auf, so sind die ersten Vertiefungen 58, wie in 4 dargestellt, sechseckförmig ausgeführt. Das Bestücken kann beispielsweise folgendermaßen ablaufen: zunächst werden die Schrauben 18 mit ihren Köpfen in die ersten Vertiefungen 58 eingesetzt. Anschließend wird die untere Stützscheibe 16, dann die Rotorblechpakete 12 und anschließend die obere Stützscheibe 16 eingesetzt. Die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 werden dabei mittels des Montagedorns zentriert.
5 zeigt die Bodenplatte 32 mit den ersten Vertiefungen 58, der zweiten Vertiefung 56 und dem Montagedorn 34, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung der in die ersten Vertiefungen 58 eingesetzten Schrauben 18 verzichtet wurde. Entsprechend wurde auch auf die Darstellung der Muttern 20 verzichtet. Die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 sind beim Aufbringen auf den Montagedorn 34 so zu orientieren, dass in diesen befindliche Bohrungen 60 so übereinander zum Liegen kommen, dass Kanäle 62 für die Schrauben 18 entstehen. Über die Deckelplatte 44 wird eine Kraft F auf die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 aufgebracht. Die Deckelplatte 44 weist eine Anzahl von Aussparungen 64 auf, die ein Aufsetzen der Muttern 20 auf die Schrauben 18 und ein Anziehen der Schraubverbindungen ermöglicht. Die Rotorblechpakete 12 und die Stützscheiben 16 weisen jeweils eine Zentralbohrung auf. In 5 ist die Zentralbohrung der oberen Stützscheibe mit der Bezugsziffer 66 bezeichnet. Die in 5 gewählte Darstellung, gemäß der die Deckelplatte 44 ein eigenständiges Bauelement ist, soll keine einschränkende Wirkung haben. Die vorstehenden Ausführungen gelten selbstverständlich auch für eine mit dem Stempel 42 verbundene Deckelplatte.
6 zeigt ein Diagramm, dem drei Kraftkurven zu entnehmen sind. Jede dieser Kraftkurven zeigt den Zusammenhang zwischen der bei einem Pressvorgang auf die Rotorelemente aufgebrachten Kraft und dem Weg, um den die Rotorelemente aufgrund der Kraft zusammengedrückt werden. Die drei Kraftkurven wurden für drei aufeinanderfolgende Pressvorgänge aufgezeichnet, mit denen jeweils dieselben Rotorelemente zusammengedrückt wurden. Die Kraftkurve a wurde beim ersten, die Kraftkurve b beim zweiten und die Kraftkurve c beim dritten Pressvorgang aufgenommen. Die drei Kraftkurven zeigen Folgendes: wird mehrmals nacheinander eine Kraft auf ein- und dieselben Rotorelemente aufgebracht, so verringert sich bei jedem nachfolgenden Pressvorgang der Weg, um den die Rotorelemente bei gleicher Kraft zusammengedrückt werden. D. h. die Rotorelemente zeigen bezüglich der aufgebrachten Kraft einen Hystereseeffekt.
Abschließend soll noch eine Betrachtung zu der von der Presseinheit im Pressvorgang aufzubringenden definierten Kraft F angestellt werden. Dieser Betrachtung liegt die Annahme zugrunde, dass die zum Verschrauben der Rotorelemente verwendeten Schrauben beispielsweise als Schrauben der Größe M6 mit der Güte 10.9 ausgeführt sind. Mit einem als Fügemoment/Winkelverfahren bezeichneten Anziehverfahren ist es möglich, eine solche Schraube derart anzuziehen, dass diese eine eng tolerierte Vorspannkraft erzeugt, die in etwa bei 16 kN liegt. Werden, wie im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben, die Rotorelemente mit vier Schrauben miteinander verschraubt, dann können diese vier Schrauben somit eine Gesamtkraft von 64 kN erzeugen. Folglich sollte die von der Presseinheit auf die Rotorelemente ausgeübte definierte Kraft 64 kN betragen.
Bezugszeichenliste

10: Rotor
12: Rotorblechpaket
14: Permanentmagnet
16: Stützscheibe
18: Schraube
20: Mutter
22: Vorrichtung
24: Aufnahmeeinheit
26: Presseinheit
28: Schraubeinheit
30: Steuerungseinheit
32: Bodenplatte
34: Montagedorn
36: Tisch
38: Portal
40: Hubeinheit
42: Stempel
44: Deckelplatte
46: Schraubkopf
48: Arm
50: kugelförmiger Abschnitt
52: Gelenk
54: quaderförmiger Abschnitt
56: zweite Vertiefung
58: erste Vertiefung
60: Bohrung
62: Kanal
64: Aussparung
66: Zentralbohrung

Claims

Vorrichtung zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors (10) eines Elektromotors, wobei der Rotor (10) aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Rotorelementen (12, 16) aufgebaut ist, mit einer Aufnahmeeinheit (24), die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) in Form eines geschichteten Stapels aufzunehmen, einer Presseinheit (26), die dazu ausgebildet ist, einen Pressvorgang zum Aufbringen einer definierten Kraft (F) auf die in der Aufnahmeeinheit (24) befindlichen Rotorelemente (12, 16) auszuführen, und einer Schraubeinheit (28), die dazu ausgebildet ist, die scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) miteinander zu verschrauben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubeinheit (28) dazu ausgebildet ist, die Rotorelemente (12, 16) während des Pressvorganges miteinander zu verschrauben.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinheit (26) dazu ausgebildet ist, eine Anzahl von Vorpressvorgängen auszuführen, die zeitlich vor demjenigen Pressvorgang liegen, während dem die Rotorelemente (12, 16) miteinander verschraubt werden.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (24) eine Bodenplatte (32) mit einer Anzahl von ersten Vertiefungen (58) aufweist, wobei die ersten Vertiefungen (58) dazu ausgebildet sind, für das Verbinden der Rotorelemente (12, 16) verwendete Schrauben (18) zu fixieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (24) eine Bodenplatte (32) mit zumindest einem Montagedorn (34) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinheit (26) einen Stempel (42) aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Kraft (F) im Wesentlichen orthogonal auf die Rotorelemente (12, 16) aufzubringen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (42) mit einer Deckelplatte (44) zusammenwirkt, wobei die Deckelplatte (44) eine Anzahl von Aussparungen (64) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (42) und die Deckelplatte (44) miteinander verbunden sind.
Verfahren zur zumindest teilumfänglichen Montage eines zylinderförmigen Rotors (10) eines Elektromotors, wobei der Rotor (10) aus einer Vielzahl von scheibenförmigen Rotorelementen (12, 16) aufgebaut ist, mit den Schritten: – Aufnehmen der scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) in Form eines geschichteten Stapels in einer Aufnahmeeinheit (24), – Aufbringen einer definierten Kraft (F) auf die in der Aufnahmeeinheit (24) befindlichen Rotorelemente (12, 16) durch einen von einer Presseinheit (26) ausgeführten Pressvorgang, und – Verschrauben der scheibenförmigen Rotorelemente (12, 16) miteinander durch eine Schraubeinheit (28).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Vorpressvorgängen ausgeführt werden, die zeitlich vor demjenigen Pressvorgang liegen, während dem die Rotorelemente (12, 16) miteinander verschraubt werden.