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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Motorflansches für einen Elektromotor. Die Erfindung betrifft außerdem einen nach diesem Verfahren hergestellten Motorflansch sowie einen Elektromotor mit einer Rotorwelle, die in einem solchen Motorflansch gelagert ist.
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Derzeit besteht ein Motorflansch eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Elektrofahrzeuges, aus zwei separaten Bauteilen mit unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich einem Motorflansch aus Aluminium und einer Laufbuchse aus Stahl, welche in den fertigbearbeiteten Motorflansch eingepresst wird. Nachteilig hierbei ist, dass sich die eingepresste Laufbuchse im Betrieb lösen und zu einem Lagerschaden und somit zu einem Ausfall des Elektromotors führen kann. Um darüber hinaus die geforderten Form- und Lagetoleranzen der Lagerbuchse zu einem Anschraubflansch prozesssicher herstellen zu können, muss gegebenenfalls nach dem Einpressen nochmals nachgearbeitet werden. Weiter kann auch die im Motorbetrieb entstehende Wärme nur unzureichend an den Motorflansch abgegeben werden, was zu Überhitzung und zu Ausfällen führen kann. Außerdem ist die Herstellung der einzelnen Lagersitze und Lagerbuchsen mit den kleinen Toleranzbereichen sehr kostenintensiv.
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Aus der
DE 197 45 725 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussteils aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere eines Zylinderblocks für Brennkraftmaschinen, mit einem eingegossenen Eingusskörper bekannt. Auf die Oberfläche des zuvor hergestellten Eingusskörpers wird/werden eine oder mehrere Schicht(en) aus teilerschmolzenen Metalllegierungspartikeln aufgesprüht und durch die hiermit verbundene mechanische Impulsbeaufschlagung eine an der Oberfläche des Eingusskörpers gebildete Oxidhaut zerstört und die hierbei anfallenden Oxidpartikel in der Schicht verteilt aufgenommen. Der so behandelte Eingusskörper wird in eine Gießform eingebracht und mit der Leichtmetalllegierung umgossen, was als Alfinier-Verfahren bezeichnet wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung eines Motorflansches für einen Elektromotor anzugeben, der insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile bei einer in den Motorflansch eingepressten Lagerbuchse vermeidet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals ein sogenanntes Alfinier-Verfahren bei der Herstellung eines Motorflansches für einen Elektromotor anzugeben, bei welchem eine aus Stahl gefertigte Lagerbuchse nicht mehr wie bisher üblich, in einen bereits fertig gegossenen und fertig bearbeiteten Motorflansch eingepresst, sondern erstmals unter Verwendung eines sogenannten Alfinier-Verfahrens in den Motorflansch eingegossen wird. Bei dem erfindungsmäßen Verfahren zur Herstellung des Motorflansches für einen Elektromotor wird zunächst eine Lagerbuchse aus Stahl bereitgestellt, die anschließend in eine Gussform für den Motorflansch eingesetzt bzw. eingebracht wird. Anschließend wird der Motorflansch aus einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, gegossen, und wiederum anschließend zusammen mit der eingegossenen Lagerbuchse fertigbearbeitet. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Lagerbuchse nicht wie bisher üblich, an ihrem Außendurchmesser bearbeitet werden muss, sondern, dass sie als Rohling bzw. als Halbzeug eingegossen werden kann. Durch die nicht mehr erforderliche Bearbeitung der Lagerbuchse kann nicht nur der damit verbundene zeitliche und monetäre Aufwand entfallen, sondern es kann zudem die vergleichsweise raue Außenoberfläche der aus Stahl ausgebildeten Lagerbuchse dazu genutzt werden, um beim Alfinier-Verfahren eine bessere Verzahnung mit dem die Lagerbuchse umgebenden Aluminium zu bewirken. Durch das Eingießen der Lagerbuchse in den Motorflansch kann darüber hinaus ein deutlich verbesserter Wärmeübertrag zwischen der Lagerbuchse und dem Motorflansch erreicht werden, wodurch insbesondere eine Überhitzung und dadurch auch eine Schädigung der Lagerbuchse vermieden werden können, da durch die bessere Wärmeübertragung, die in der Lagerbuchse entstehende Wärme beim Betrieb des Elektromotors besser in den Motorflansch abgeführt werden kann. Nach dem Eingießen der Lagerbuchse werden dabei der Motorflansch inklusive der Lagerbuchse fertig bearbeitet und so die für die Lagerung eines Rotors in einen Elektromotor äußerst geringen Lagetoleranzen von 0,02 mm zwischen einer Bohrung (Nabe) zu einem Anschraubflansch prozesssicher realisiert. Insgesamt kann mit dem erfindungsmäßen Verfahren auch eine geringere und damit kostengünstigere Bearbeitungszeit in Bezug auf die Fertigbearbeitung ermöglicht werden und gleichzeitig eine Materialeinsparung in Bezug auf die Leichtmetalllegierung bzw. das Aluminium des Motorflansches und den Stahl der Lagerbuchse. Durch die Möglichkeit einer deutlich erhöhten Fertigungsgenauigkeit können darüber hinaus eine höhere Lebensdauer sowie ein geringerer Verschleiß erreicht werden. Ein weiterer großer Vorteil eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Motorflansches liegt in der gewichtsoptimierten Herstellung, die insbesondere bei Elektrofahrzeugen zu einem geringeren Stromverbrauch bzw. einer größeren Reichweite führt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für den Stahl der Lagerbuchse ein Chrom-Nickel-Stahl verwendet. Chrom-Nickel-Stähle sind äußerst widerstandsfähig gegenüber Korrosion und besitzen darüber hinaus eine hohe Verschleißbeständigkeit, was den Einsatz eines derartigen Edelstahls für eine Lagerbuchse in einem Elektromotor besonders prädestiniert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsmäßen Verfahrens wird für den Stahl der Lagerbuchse ein Chrom-Molybdän-Stahl verwendet. Ein Chrom-Molybdän-Stahl ist ebenfalls ein Edelstahl und besitzt eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Verschleißbeständigkeit, wodurch eine langfristig leichtgängige und verschleißarme Lagerung einer Rotorwelle in einem Elektromotor gewährleistet werden kann.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsmäßen Verfahrens wird die Lagerbuchse unbearbeitet in die Gussform für den Motorflansch eingesetzt. Dies bietet den großen Vorteil, dass die Lagerbuchse erstens nicht zeit- und kostenintensiv und damit aufwendig bearbeitet werden muss und zweitens, dass die Lagerbuchse aufgrund ihrer unbearbeiteten Außenoberfläche eine höhere Rauigkeit aufweist, die bei dem Umgießen mit Aluminium zu einer deutlich verbesserten Verzahnung und damit einer deutlich verbesserten Verbindung, insbesondere hinsichtlich einer Kraft- und Wärmeübertragung, führt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Motorflansch im Schwerkraft-Kokillenguss hergestellt. Beim Kokillenguss durch Schwerkraft handelt es sich um ein Gießverfahren, bei welchem eine Metallkokille allein durch die Schwerkraft mit geschmolzenem Metall gefüllt wird und bei dem besonders genau Metall- / Stahl-Teile in der Kokille positioniert und mit eingegossen werden können. Der Schwerkraft-Kokillenguss bietet darüber hinaus den großen Vorteil einer besseren Oberfläche sowie einer nahezu exakten Massengleichheit von gleich gefertigten Gussteilen, wodurch sich der Schwerkraft-Kokillenguss insbesondere für die Fertigung in größeren Serien eignet. Auch besitzt ein derartiger aus Schwerkraft-Kokillenguss hergestellter Motorflansch hervorragende mechanische Eigenschaften, was sowohl die Anbindung der Lagerbuchse als auch eine Anbindung an einem Anschraubflansch, zum Beispiel an einem Gehäuse eines Elektromotors erleichtert.
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Zweckmäßig werden/wird der Motorflansch und/oder die Lagerbuchse mittels Drehen, Fräsen und/oder Schleifen fertigbearbeitet. Nach dem Gießen des Motorflansches wird dieser und insbesondere die eingegossene Lagerbuchse in einer Aufspannung nachbearbeitet, wodurch im Vergleich zu einer bisher eingepressten Lagerbuchse eine äußerst geringe Form- und Lagetoleranz von ca. 0,02 mm zwischen einer Bohrung (Nabe) und einem Anschraubflansch prozesssicher realisierbar ist. Durch das Drehen, Fräsen bzw. Schleifen lassen sich hier die äußerst geringen Form- und Lagetoleranzen nicht nur prozesssicher, sondern zudem auch fertigungstechnisch einfach, qualitativ hochwertig und dennoch kostengünstig realisieren.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Motorflansch anzugeben, der entsprechend dem vorherigen Verfahren hergestellt ist. Hierdurch lassen sich die bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Vorteile auf den Motorflansch übertragen. Konkret liegen die Vorteile eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Motorflansches insbesondere darin, dass eine nicht vorbearbeitete Lagerbuchse eingesetzt werden kann, die durch das Umgießen mit der Aluminiumlegierung zudem einen deutlich festeren (intermetallische Verbindung) und im Hinblick auf einen Wärmeübertrag deutlich besseren Verbund mit dem Motorflansch ermöglicht, wodurch die im Betrieb entstehende Wärme besser von der Lagerbuchse auf den Motorflansch übertragen werden kann. Durch die nicht erforderliche Bearbeitung der Lagerbuchse vor dem Umgießen mit der Aluminiumlegierung lassen sich zudem Zeit- und Kostenvorteile realisieren. Ein weiterer Vorteil bietet sich bei dem erfindungsgemäßen Motorflansch dadurch, dass dieser eine äußerst exakte Form- und Lagetoleranzen von lediglich 0,02 mm zwischen einer Nabe und einem Anschraubflansch ermöglicht, wodurch nicht nur eine leichtgängige, sondern auch langlebige und verschleißarme Lagerung, insbesondere einer Rotorwelle eines Elektromotors, ermöglicht wird.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Elektromotor mit einer Rotorwelle anzugeben, die in einem Motorflansch entsprechend dem vorherigen Absatz gelagert ist. Hierdurch kann ein nicht nur kostengünstiger und gewichtsoptimierter, sondern zudem auch verschleißbeständiger und dadurch langlebiger Elektromotor geschaffen werden.
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Unabhängig von der eigentlichen Ausführungsform ist dabei klar, dass die eingegossene Lagerbuchse auch einen für Lagersitz mit einem Stützring und einer Buchse, für Rollenlager, Gleitlager und/oder Kugellager eingesetzt werden kann, sodass sich das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Vielzahl unterschiedlicher Lagerarten übertragen lässt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es 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. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 unterschiedliche Verfahrensschritte A bis D eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Motorflansches,
- 2 einen erfindungsgemäßen Motorflansch in einem erfindungsgemäßen Elektromotor.
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Entsprechend der 1 weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Motorflansches 1 (vergleiche 2) für einen ebenfalls erfindungsgemäßen Elektromotor 2 mehrere Verfahrensschritte A bis D auf.
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In einem ersten Verfahrensschritt A wird zunächst eine Lagerbuchse 3 aus Stahl bereitgestellt. Diese Lagerbuchse 3 aus Stahl wird in einem sich anschließenden Verfahrensschritt B in eine Gussform für den Motorflansch 1 eingesetzt, woraufhin in einem sich wiederum anschließenden Verfahrensschritt C der Motorflansch 1 aus Aluminium gegossen wird. Generell kann selbstverständlich auch ein Gießen des Motorflansches 1 aus einer anderen Leichtmetalllegierung erfolgen, wobei insbesondere Aluminium besonders prädestiniert ist. Im abschließenden Verfahrensschritt D wird der Motorflansch 1 zusammen mit der eingegossenen Lagerbuchse 3 fertig bearbeitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet dabei den großen Vorteil, dass die Lagerbuchse 3 vor dem Eingießen bzw. vor dem Umgießen mit der Aluminiumlegierung im Verfahrensschritt C nicht bearbeitet werden muss, was eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis darstellt. Zudem kann durch eine unbearbeitete Außenoberfläche der Lagerbuchse 3 eine deutlich verbesserte mechanische Verbindung zwischen der Lagerbuchse 3 einerseits und dem Motorflansch 1 bzw. dessen Material andererseits erreicht werden. Ein weiterer großer Vorteil, der mittels eines Alfinier-Verfahrens in den Motorflansch 1 eingegossenen Lagerbuchse 3 besteht darin, dass ein Wärmeübertrag zwischen der Lagerbuchse 3 und dem Motorflansch 1 aufgrund der „intermetallischen Verbindung“ und der äußerst engen Verzahnung deutlich erhöht ist, wodurch sich der Wärmeübertrag von der Lagerbuchse 3 auf den Motorflansch 1 verbessert und dadurch insbesondere temperaturbedingte Lagerschäden nicht bzw. nur in deutlich reduziertem Umfang zu befürchten sind.
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Für den Stahl der Lagerbuchse 3 kann beispielsweise ein Chrom-Nickel-Stahl verwendet werden, der neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit auch eine hohe Härte und Verschleißbeständigkeit aufweist, wodurch eine in der Lagerbuchse 3, beispielsweise gelagerte Rotorwelle des Elektromotors 2 nicht nur leichtgängig, sondern auch verschleißarm gelagert werden kann und wodurch sich eine hohe Lebenserwartung für den Elektromotor 2 ergibt. Alternativ ist auch denkbar, dass für den Stahl der Lagerbuchse 3 ein Chrom-Molybdän-Stahl verwendet wird, der ebenfalls eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine hohe Festigkeit aufweist.
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Das Umgießen der Lagerbuchse 3 im Verfahrensschritt C erfolgt dabei üblicherweise im Schwerkraft-Kokillenguss, wodurch nicht nur ein kostengünstiges, sondern zugleich auch für eine große Serienfertigung geeignetes Gussverfahren ausgewählt wird.
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Im Verfahrensschritt D, in welchem der Motorflansch 1 zusammen mit der eingegossenen Lagerbuchse 3 fertig bearbeitet wird, kann das Fertigbearbeiten beispielsweise mittels Drehen, Fräsen und/oder Schleifen erfolgen. Hierdurch lassen sich äußerst geringe Maßtoleranzen zwischen einer Bohrung, d. h. einer Innenoberfläche 5 der Lagerbuchse 3 und beispielsweise einem Anschraubflansch 4 erreichen, wodurch eine besonders exakte Fertigung des Motorflansches 1 und daraus auch eine äußerst leichtgängige Lagerung beispielsweise einer Rotorwelle und wiederum damit eine deutlich erhöhte Langlebigkeit des Elektromotors 2 erreicht werden können. Durch die geringere und auch kostensparende Bearbeitungszeit in Bezug auf die Fertigbearbeitung durch den Wegfall der Vorbearbeitung der Lagerbuchse 3 können gleichzeitig eine Materialeinsparung in Bezug auf das Aluminium für den Motorflansch 1 bzw. den Stahl für die Lagerbuchse 3 und damit erhebliche Kostenvorteile erzielt werden.
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Dabei ist selbstverständlich klar, dass das nun erstmals für einen Motorflansch 1 eines Elektromotors 2 angegebene erfindungsgemäße Verfahren zum Eingießen der Lagerbuchse 3 nicht nur zur Lagerung einer Rotorwelle eingesetzt werden kann, sondern auch für einen Lagersitz mit Stützring und Buchse, für Rollenlager, Gleitlager und/oder Kugellager.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorflansch
- 2
- Elektromotor
- 3
- Lagerbuchse
- 4
- Anschraubflansch
- 5
- Innenoberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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