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Die
Erfindung betrifft einen Spinnrotor für eine Offenend-Rotorspinnmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Aus
der Patentliteratur sind im Zusammenhang mit Offenend-Rotorspinnmaschinen
eine Vielzahl verschiedenster Spinnrotoren bekannt, die in der Regel
aus einem Rotorschaft zum Lagern des Spinnrotors und einem Rotorteller
zur Herstellung eines Fadens bestehen. Solche Spinnrotoren erreichen
in modernen Offenend-Spinnmaschinen
Drehzahlen von weit über
100.000 min–1.
Derartig hohe Drehzahlen stellen insgesamt besondere Anforderungen
im Hinblick auf Unwucht, Lagerung und Stabilität derartiger Spinnrotoren.
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Da
derartige Spinnrotoren, zum Beispiel in Folge mechanischer Schwingungen,
stark beansprucht werden, sind höchste
Anforderungen auch auf die Befestigung zwischen Rotorschaft und
Rotorteller gestellt.
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In
der
DE-OS 28 12 297 oder
der
DE 199 10 77 A1 sind
beispielsweise Spinnrotoren beschrieben, bei denen die Rotorteller
jeweils über
eine Nabe, in die eine Bohrung eingelassen ist, mit dem Rotorschaft
verbunden sind, Die Verbindung ist dabei als Presssitz ausgeführt und
unlösbar, Durch
die
DE 40 20 518 A1 oder
die
DE 103 02 178
A1 sind des Weiteren Spinnrotoren bekannt, bei denen die
Rotorteller im Bereich des Rotorbodens lediglich einer zentrischen
Bohrung aufweisen, in der der Rotorschaft steckt.
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Der
Rotorschaft ist dabei mit einem Anlagebund ausgestattet, an dem
der Rotorteller durch eine Schweißverbindung festgelegt ist.
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Eine
Schweißverbindung
zum Festlegen eines Rotortellers am Rotorschaft ist auch in der
DE 35 19 536 A1 beschrieben.
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Bei
dieser bekannten Einrichtung weist der Rotorteller einen extra dicken
Boden auf. An diesem Rotortellerboden ist mittels Reibschweißen der
Rotorschaft festgelegt.
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Die
vorgenannten Verbindungen zwischen Rotorteller und Rotorschaft weisen
insgesamt den Nachteil auf, dass entweder die Verbindung relativ schwer
ausfällt,
was sich sehr nachteilig auf das Beschleunigungsvermögen des
Spinnrotors auswirkt oder dass es im Zuge der Anbindung der beiden Rotorteile
zu einer Gefügeänderung
in den Bauteilen kommt, was aufgrund der hohen Drehzahlen solcher Spinnrotoren
nicht unproblematisch ist.
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Ausgehend
vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen Spinnrotor für
eine Offenend-Rotorspinnmaschine zu schaffen, der die Nachteile
der bekannten Spinnrotoren nicht aufweist.
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Das
heißt,
es soll ein Spinnrotor entwickelt werden, der sowohl über eine
sichere Verbindung zwischen Rotortasse und Rotorschaft verfügt, als auch
ein relativ geringes Massenträgheitsmoment aufweist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Spinnrotor mit den Merkmalen des Anspruches
1 vorgeschlagen.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Rotorschaft und der Rotorteller Anschlussmittel aufweisen,
die durch ein als Gussteil ausgebildete Verbindungselement zumindest
teilweise umgeben sind, wodurch eine formschlüssige Verbindung des Rotorschaftes
mit dem Rotorteller erzielbar ist.
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Durch
eine derartige Ausführungsform
des Spinnrotors wird an der Verbindungsstelle zwischen Rotorschaft
und Rotorteller eine Wellen-Nabenverbindung geschaffen, mit der
eine erhebliche Masseneinsparung des Spinnrotors erzielt werden
kann, wobei der Rotorschaft und der Rotorteller im wesentlichen
durch die formschlüssige
Verbindung drehfest verbunden sind.
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Durch
die vorbeschriebene Ausbildung kann das Massenträgheitsmoment des Spinnrotors
deutlich gesenkt werden, was sich insbesondere auf das Beschleunigungsverhalten
des Spinnrotors auswirkt.
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Das
als Gussteil ausgebildete Verbindungselement verbessert außerdem die
Massenverteilung des Spinnrotors und damit dessen Laufverhalten
bei hohen Drehzahlen, ohne den Rotorteller im Nabenbereich unzulässig zu
schwächen.
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Das
vorstehend beschriebene, als Gussteil ausgeführte Verbindungselement kann
selbstverständlich
zusätzlich
auch eine stoffschlüssige
Verbindung an den Kontaktflächen
am Rotorteller sowie am Rotorschaft eingehen.
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Die
Art der Verbindung an den Kontaktflächen ist im Zusammenhang mit
der vorliegenden Erfindung allerdings ohne Bedeutung.
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Wie
in den Ansprüchen
2–4 dargelegt,
weist der Rotorschaft in einer vorteilhaften Ausführungsform
ein als Profilierung ausgebildetes Anschlussmittel auf.
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Die
endseitig am Rotorschaft angeordnete Profilierung reicht dabei durch
eine Bohrung im Rotorboden des Rotortellers teilweise in den Innenraum des
Rotortellers (3) hinein und kann unterschiedliche Formen
aufweisen.
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Die
Profilierung kann beispielsweise, wie im Anspruch 4 dargelegt, als
ringförmige
Nut, als schraubenförmige
Nut oder als Rändelung
ausgeführt
sein und dient vor allem dazu, dass das Verbindungselement mit dem
Rotorschaft einen Formschluss eingehen kann.
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Die
ringförmige
Nut weist beispielsweise eine Vertiefung auf, in die die flüssige Vergussmasse vollständig eindringen
kann. Wie vorstehend angedeutet, erstreckt sich die Profilierung
zweckmäßigerweise
vom freien Ende des Rotorschaftes, der in den Innenraum des Rotortellers
hineinragt, durch die Bohrung des Rotorbodens bis in den Rotorteller.
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Durch
eine derartige Ausgestaltung wird das Verbindungselement sowohl
innerhalb als auch außerhalb
des Rotortellers umfangsseitig des Rotorschaftes formschlüssig fixiert.
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Diesem
Zweck dienen auch die im Rotorboden des Rotortellers angeordneten,
als Öffnungen ausgebildeten
Anschlussmittel (Anspr. 5).
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Das
Verbindungselement, das einstückig ausgebildet
ist, erstreckt sich von der Außenseite
des Rotortellers durch die Öffnungen
am Rotorboden in den Innenraum des Rotortellers und trägt damit
einen wesentlichen Beitrag für
einen guten Formschluss bei.
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Das
heißt,
das als einstückiges
Druckgussteil ausgebildete Verbindungselement (Anspr. 6) sorgt für eine zuverlässige Verbindung
von Rotorschaft und Rotortasse.
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Wie
im Anspruch 7 beschrieben, besteht das Druckgussteil dabei vorteilhafterweise
aus einem Metall, insbesondere aus Al, Zn, Mg, Ag, Cu, Au, Si, Fe,
Ti, Ge, Sn oder dergleichen beziehungsweise ist aus einer Legierung
aus diesen Metallen gebildet.
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Wie
im Anspruch 8 angedeutet, wird das als Gussteil ausgebildete Verbindungselement
derart hergestellt, dass zunächst
der Rotorteller in eine entsprechende Vorrichtung, beispielsweise
in ein Einlegewerkzeug, einer Druckgussmaschine geführt und dort
entsprechend fixiert wird. Anschließend wird der Rotorschaft in
die Bohrung des Rotortellers geführt und
dort ebenfalls mittels einer entsprechenden Vorrichtung fixiert.
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Der
Verbindungsbereich, der nach dem Druckgussverfahren das Verbindungselement
darstellt, wird im Anschluss durch eine Gussform entsprechend abgedeckt,
die eine Außenschale
für die Vergussmasse
bildet. In einer möglichen
Ausführungsform
ist der Werkstoff der Vergussmasse beispielsweise Zink.
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Die
flüssige
Vergussmasse wird mit einem entsprechenden Druck, der beispielsweise
400–600 bar
betragen kann, in die Gussform gefördert. Nachdem die Gussmasse
erkaltet ist, bildet diese eine zuverlässige, unlösbare Verbindung zwischen Rotorschaft
und Rotorteller.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Spinnrotors sind
der Rotorschaft und die Bohrung im Rotorboden derart ausgebildet,
dass der Rotorschaft mit einem Spiel in der Bohrung eingesetzt ist,
bevor das Druckgussverfahren gestartet wird (Anspr. 9).
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Das
Spiel dient unter anderem dazu, den Rotorschaft zuverlässig in
der Bohrung durch das Zentrierwerkzeug auszurichten. Das Spiel ist
zweckmäßigerweise
geringer als 3 mm, vorzugsweise geringer als 1 mm ausgeführt.
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Im
erkalteten Zustand der Vergussmasse ist das Spiel durch das Verbindungselement
ausgefüllt.
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Ferner
ist es denkbar, die Rotorhochlaufzeit bis zum Erreichen der gewünschten
Betriebsdrehzahl des Spinnrotors dadurch weiter zu senken, dass die
Wandstärke
des Rotortellers, insbesondere die Wandstärke der Rutschwand, entsprechend
reduziert wird.
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Zweckmäßigerweise
weist die Rutschwand eine Wandstärke
d auf, die im Bereich von 0.5 mm ≤ d ≤ 1.5 mm liegt,
vorzugsweise im Bereich von 0.6 ≤ mm
d ≤ 0.8 mm
liegt.
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Durch
derartige verbessernde Maßnahmen kann
außerdem
der Energieverbrauch pro Spinnstelle erheblich vermindert werden.
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Dieses
führt bei
den üblicherweise
als Vielstellen-Textilmaschine
ausgeführten
Offenend-Rotorspinnmaschinen zu einer erheblichen Kosteneinsparung
pro Maschine.
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Ferner
bewirken die genannten erfindungsgemäßen Merkmale ein verbessertes
Betriebsverhalten des Spinnrotors, des Antriebselementes und der Lagerung
und somit eine höhere
Betriebssicherheit mit einem gleichzeitigen größeren Nutzungsgrad, welches
mit einer Steigerung der Produktivität verbunden ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Spinnrotors,
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2 eine
Seitenansicht des Spinnrotors gemäß 1,
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In 1 ist
ein Spinnrotor 1 einer an sich bekannten und daher nicht
explizit gezeigten Offenend-Rotorspinnmaschine dargestellt.
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Wie
beispielsweise in der
EP
0 972 868 A2 relativ ausführlich beschrieben, weisen
solche Offenend-Rotorspinnmaschinen jeweils ein unterdruckbeaufschlagbares
Rotorgehäuse
auf, in dem der Rotorteller
3 des Spinnrotors
1 mit
hoher Drehzahl um seine Mittelachse
13 rotiert.
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Der
Spinnrotor 1 wird dabei beispielsweise durch einen elektromotorischen
Einzelantrieb angetrieben.
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Der
Spinnrotor 1 ist in diesem Fall mit seinem Rotorschaft,
in einer nicht dargestellten magnetischen Lageranordnung abgestützt, die
den Spinnrotor 1 sowohl radial als auch axial fixiert.
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Um
solche Spinnrotoren 1, insbesondere die einem Verschleiß unterworfenen
Rotorteller 3 bei Bedarf ausbauen zu können, ist es bekannt, die Rotorschäfte solcher
Spinnrotoren zweiteilig auszubilden.
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Das
heißt,
die Rotorschäfte
solcher Spinnrotoren weisen, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, einen
mit Lagerkomponenten versehenen (nicht dargestellten) Rotorschaftabschnitt
auf, der in der Magnetlagerung verbleibt, und einen Rotorschaftabschnitt,
an dem der Rotorteller 3 festgelegt ist und der mit dem
Rotorteller 3 ausgebaut werden kann.
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Dieser
mit dem Rotorteller 3 verbundene Rotorschaftabschnitt ist
in der vorliegenden Anmeldung der Einfachheit halber als Rotorschaft
bezeichnet und mit der Bezugszahl 2 gekennzeichnet.
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Der
Rotorteller 3, der beispielsweise aus dem Vollen gedreht
sein kann, weist eine Öffnung 4, einen
Innenraum 5, eine Rotorrille 6, eine von der Öffnung 4 zur
Rotorrille 6 sich erstreckende, konisch aufweitende Rutschwand 7 und
einen der Öffnung 4 gegenüberliegend
angeordneten, mit einer Bohrung 8 ausgeführten Rotorboden 9 auf.
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Durch
die Öffnung 8 des
Rotorbodens 9 erstreckt sich der Rotorschaft 2.
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Das
heißt,
der Rotorschaft 2 ragt in den Innenraum 5 des
Rotortellers 3 hinein, der neben einer Rutschfläche 7,
die als Fasersammelrille dienende Rotorrille 6 aufweist.
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In
alternativer Ausführungsform
kann der Rotorteller 3 auch als Gussteil ausgebildet sein
oder aus einem spanlos geformten Teil durch spanabhebende Bearbeitung
in die gewünschte
Form gebracht werden.
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Die
Wandstärke
des Rotortellers 3 zwischen der Öffnung 4 und der Bohrung 8 ist
im Wesentlichen gleich groß ausgebildet.
Selbstverständlich
kann in einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform die Wandstärke des
Rotortellers 3 ausgehend von der Öffnung 4 in Richtung
des Rotorbodens 9 variieren.
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Der
Rotorschaft 2 ist mittels eines einstückigen Verbindungselementes 10 mit
dem Rotorteller 3 verbunden.
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Das
Verbindungselement 10 ist aus einer Vergussmasse gebildet,
deren Werkstoff im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise
Zink ist.
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Das
Zinkdruckgussteil bewirkt eine im wesentlichen formschlüssige Verbindung
des Rotorschaftes 2 mit dem Rotorteller 3, wobei
das Verbindungselement 10 sowohl außerhalb als auch innerhalb
des Rotortellers 3 angeordnet ist.
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Um
eine besonders hohe Drehfestigkeit der Verbindung zwischen Rotorschaft 2 und
Rotorteller 3 zu erzielen, weisen der Rotorschaft 2 und
der Rotorteller 3 entsprechende Anschlussmittel 11, 12 auf,
die durch das als Gussteil ausgebildete Verbindungselement 10 zumindest
teilweise umgeben beziehungsweise bedeckt sind.
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Der
Rotorschaft 2 weist endseitig beispielsweise eine Profilierung 12 auf,
die sich im Einbauzustand bis in den Innenraum 5 des Rotortellers 3 erstreckt.
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Die
Vergussmasse 10 dringt während des Druckgussverfahrens
in die Nuten der Profilierung 12 ein, so dass das Verbindungselement 10 im
erkalteten Zustand einen zuverlässigen
Halt am Rotorschaft 2 aufweist.
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Ferner
weist der Rotorteller 3 am Rotorboden 9 Anschlussmittel
auf, die als Öffnungen 11 ausgeführt sind,
wie dies in 2 dargestellt ist.
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Der
Rotorboden 9 weist beispielsweise sechs Öffnungen 11 auf,
die kreisförmig
um die Drehachse 13 herum angeordnet sind. Selbstverständlich können auch
eine größere oder
geringere Anzahl an Öffnungen 11 als
Anschlussmittel für
das Verbindungselement 10 eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
sind dabei gegenüberliegende Öffnungen 11 zueinander
diametral angeordnet, so dass Unwuchtprobleme weitestgehend ausgeschlossen
werden können.
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Die
kreisförmigen Öffnungen 11 können selbstverständlich alternative
geometrische Formen aufweisen, beispielsweise quadratisch, rechteckig oder
dergleichen.
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Das
Verbindungselement 10 erstreckt sich ausgehend vom Rotorschaft 2 außerhalb
des Rotortellers 3 durch die Öffnungen 11 in den
Innenraum 5 des Rotortellers 3.
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Das
einstückige
Verbindungselement 10 weist einen Formschluss an der Profilierung 12 des Rotorschaftes 2 sowie
an den Öffnungen 11 auf,
wodurch eine sichere, drehfeste Verbindung zwischen Rotorteller 3 und
Rotorschaft 2 gewährleistet
ist.
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Gleichzeitig
kann durch das als Gussteil ausgebildete Verbindungselement 10 das
Massenträgheitsmoment
des Spinnrotors 1 im Vergleich zu den bislang üblichen Verbindungen wesentlich
herabgesetzt werden, was sich günstig
auf das Betriebsverhalten des Spinnrotors auswirkt.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 nimmt
die Wandstärke
des Verbindungselementes 10 in Richtung des Innenraums 5 (außerhalb des
Rotortellers 3) zunächst
stetig zu und erreicht im näheren
Bereich des Rotorbodens 9 die größte Wandstärke. Im Innenraum 5 nimmt
die Wandstärke anschließend leicht
ab. Die vorliegende Außenkontur wird
hierbei durch die Gussform bestimmt.
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Selbstverständlich sind
alternative Gestaltungen der Außenkontur
ebenfalls denkbar, worauf explizit nicht näher eingegangen wird.
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Der
Durchmesser des Rotorschaftes 2 ist geringer als der Durchmesser
der zentrischen Bohrung 8.
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Das
heißt,
zwischen dem Rotorschaft 2 und der Bohrung 8 ist
Spiel gegeben, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 1 mm beträgt.
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An
der dem Innenraum 5 abgewandten Seite ist der Rotorschaft 2 mit
einem Außensechskant 14 ausgestattet,
der in Verbindung mit einem entsprechenden, nicht dargestellten
Innensechskant an einem Rotorschaftabschnitt, der in der Magnetlagerung
verbleibt, eine formschlüssige
Verdrehsicherung bildet.
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Der
Rotorteller 3 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel,
wie bekannt, aus einem Stahl und ist boriert.
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Des
Weiteren weist der Rotorteller 3, wie ebenfalls bekannt,
zusätzlich
eine Diamantdispersionsbeschichtung auf.
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Der
Rotorschaft 2 ist ebenfalls aus einem Stahl gefertigt,
welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Chromstahl ist.
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Das
Verbindungselement 10 stellt ein dreidimensional gestaltetes
Verbindungselement 10 dar, das an den Öffnungen 11, an der
Bohrung 8, am Rotorschaft 2, an der Profilierung 12,
sowie an den Kontaktflächen
des Rotorschaftes 2 mit dem Boden 9 anliegt und
damit eine hohe Festigkeit und Drehsicherheit aufweist, ohne sich
negativ auf das Massenträgheitsmoment
des Spinnrotors 1 auszuwirken.