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Die
Erfindung betrifft einen Rotor für
eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine Rotorwelle, ein
Rotorpaket und einen Rotorbremskörper aufweist.
Das Rotorpaket und der Rotorbremskörper sind axial beabstandet
auf der Rotorwelle befestigt.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine elektrische Maschine mit einem
Stator und einem derartigen Rotor.
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Rotierende
elektrische Maschinen, insbesondere Elektromotoren, weisen einen
Stator und einen drehbar gelagerten Rotor auf. Der Rotor weist typischerweise
ein Rotorpaket auf, welches auf einer Rotorwelle befestigt ist.
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Es
sind elektrische Maschinen bekannt, welche in der Robotik oder zum
Positionieren von mit der Rotorwelle verbundenen Antriebskomponenten
eingesetzt werden.
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Derartige
elektrische Maschinen weisen vorzugsweise eine Bremseinrichtung
zum Abbremsen des Rotors und der damit verbundenen Antriebskomponenten
auf.
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Die
Bremseinrichtung kann eine Festhaltebremse zum Festhalten des Rotors
und der damit verbundenen Antriebskomponenten im stromlosen Zustand
der elektrischen Maschine sein. Derartige elektrische Maschinen
werden auch als Servomotoren bezeichnet.
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Die
Bremseinrichtung kann auch eine Notbremse sein. Bei einer Notbremsauslösung können die
elektrische Maschine sowie die mit der elektrischen Maschine verbundenen
Antriebskomponenten sicher abgebremst werden. Ein Notfall kann z.B.
der Ausfall der elektrischen Maschine, der Ausfall eines speisenden
Um richters oder der Ausfall einer Steuerung der elektrischen Maschine
sein. Durch das Abbremsen des Rotors und der damit verbundenen Antriebskomponenten
wird z.B. ein ungebremstes Fahren einer Antriebskomponente gegen
einen mechanischen Anschlag vermieden.
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Bei
derartigen elektrischen Maschinen sind das Rotorpaket und ein Rotorbremskörper als
Bestandteil der Bremseinrichtung auf der Rotorwelle axial beabstandet
befestigt. „Axial" ist eine Richtung parallel
zur Drehachse der elektrischen Maschine. Der Rotorbremskörper ist
typischerweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Zur Befestigung
kann der Rotorbremskörper
drehfest auf die Rotorwelle aufgeschrumpft sein.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Rotorbremskörper
mit der Rotorwelle verschraubt oder verstiftet sein.
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Der
Rotor sowie die damit verbundenen Antriebskomponenten können über eine
auf die radiale oder axiale Außenseite
des Rotorbremskörpers
einwirkende Bremskraft abgebremst werden. „Radial" ist eine Richtung auf die Drehachse
zu bzw. von ihr weg. Der Rotorbremskörper ist zur thermischen Aufnahme der
Bremsenergie vorzugsweise massiv ausgebildet.
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Die
Bremseinrichtung kann zur Aufbringung der Bremskraft einen Bremsschuh
aufweisen, welcher mittels einer Betätigungseinrichtung gegen die radiale
und/oder axiale Außenseite
des Rotorbremskörpers
gepresst werden kann. Der Bremsschuh sowie die zugehörige Betätigungseinrichtung
sind vorzugsweise in einem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine
angebracht. Die Betätigung
kann auf elektromechanischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege
erfolgen.
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Alternativ
kann die Bremseinrichtung eine Ankerscheibe aufweisen, welche über axial
wirkende Federelemente drehfest auf einer axialen Außenseite des
Rotorbremskörpers
angebracht ist. Der Ankerscheibe liegt axial ein feststehender Statorbremskörper gegenüber. Im
oder am Statorbremskörper
können Permanentmagnete
angebracht sein, welche die Ankerscheibe zur Aufbringung einer Bremskraft
an den Statorbremskörper
ziehen. Weiterhin können
zur Erzeugung eines magnetischen Gegenfeldes Stromspulen im oder
am Statorbremskörper
angebracht sein.
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Werden
die Stromspulen mit einem elektrischen Strom erregt, so wird die
Bremskraft aufgehoben.
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Beim
Einsatz der zuvor beschriebenen elektrischen Maschinen, insbesondere
in der Robotik oder zum Positionieren, ist ein Drehgeber mit hoher Drehwinkelauflösung erforderlich.
Der Drehgeber ist typischerweise an einem axialen Ende der Rotorwelle
der elektrischen Maschine angebracht. Die vom Drehgeber ausgegebenen
Drehgebersignale werden zur Regelung einer hochdynamischen Regelungseinheit
eines Umrichters benötigt.
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Nachteilig
bei dem zuvor beschriebenen Aufbau des Rotors ist die Rückwirkung
der Bremseinrichtung auf das Regelverhalten der elektrischen Maschine
und des speisenden Umrichters. Insbesondere wirkt die träge Masse
des Bremskörpers
bei hochdynamischen Anwendungen auf den Drehgeber zurück. Dies
kann zu einer Instabilität
des Regelkreises führen.
Ursache hierfür
sind Torsionsschwingungen, welche durch den Rotorbremskörper erzeugt
und vom Drehgeber bzw. von der nachfolgenden Regelungseinrichtung
fälschlicherweise
als Bewegung detektiert werden.
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Üblicherweise
beträgt
der tangentiale Versatz deutlich weniger als 1°. Bei starkem Beschleunigen
oder Abbremsen des Rotors kann dieser Versatz jedoch zu Torsionspendelbewegungen
zwischen dem Rotorpaket und dem Rotorbremskörper führen. Ursache hierfür ist das
elastische Verhalten der Rotorwelle bei einer Torsionsbeanspruchung.
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Die
erzeugten Torsionsschwingungen weisen eine oder mehrere typische
Resonanzfrequenzen auf. Zur regelungstechnischen Unterdrückung der
Torsionsschwingungen sind auf die jeweilige Resonanzfrequenz abgestimmte
Filtersysteme erforderlich.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine elektrische Maschine
anzugeben, durch welchen die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden
werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine geeignete elektrische
Maschine anzugeben.
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Die
Aufgabe wird mit einem Rotor für
eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des
Rotors sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 8 genannt. Im Anspruch 9 ist eine geeignete elektrische Maschine
mit einem erfindungsgemäßen Rotor angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der elektrischen Maschine sind in den Ansprüchen 10 bis 13 genannt.
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Erfindungsgemäß sind das
Rotorpaket und der Rotorbremskörper
des Rotors unmittelbar miteinander drehfest verbunden. Insbesondere
basiert die Drehmomentübertragung
zwischen Rotorpaket zu Rotorbremskörper und umgekehrt auf einer
kraftschlüssigen
drehfesten Verbindung. Die Drehmomentübertragung kann zusätzlich über eine
formschlüssige
Verbindung erfolgen.
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Durch
die unmittelbare mechanische Anbindung kommt es nicht zu einem tangentialen
Versatz bzw. zu einer Verdrehung zwischen Rotorpaket und Rotorbremskörper, wie
dies insbesondere bei Rotoren nach dem Stand der Technik der Fall
ist. „Tangential" ist eine Richtung
um die Drehachse herum.
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Durch
die unmittelbare Verbindung zwischen Rotorpaket und Rotorbremskörper erhöht sich
die Steifigkeit des gesamten Rotors. Als Folge davon verschieben
sich die Resonanzfrequenzen der Torsionsschwingungen zu höheren Frequenzen
hin. Diese lassen sich weitestgehend ausregeln. Zugleich weisen
die Torsionsschwingungen eine im Vergleich zum Stand der Technik
geringe Amplitude auf.
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Eine
elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor kann in vorteilhafter
Weise hochdynamischer betrieben werden. Filter systeme zur Unterdrückung der
Resonanzfrequenzen können
entfallen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
sind das Rotorpaket und der Rotorbremskörper über ihre jeweils einander zugewandte
axiale Außenseite
miteinander verbunden.
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Die
mechanische Verbindung kann z.B. eine Klebeverbindung sein. In diesem
Fall wird auf eine oder auf beide der jeweils einander zugewandten
axialen Außenflächen eine
Klebeschicht aufgetragen. Nach axialer Verpressung des Rotorpakets
und des Rotorbremskörpers
und nach anschließender
Aushärtung
ist eine hohe Drehmomentübertragung
von Rotorpaket zu Rotorbremskörper
und umgekehrt möglich.
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Es
kann alternativ oder zusätzlich
auch eine Schweißnaht
oder eine Reihe von Schweißpunkten entlang
der umlaufenden radial außenliegenden Stoßstelle
zwischen Rotorpaket und Rotorbremskörper aufgebracht werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
sind das Rotorpaket und der Rotorbremskörper über eine axial wirkende Befestigungseinrichtung
miteinander verbunden.
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Die
Befestigungseinrichtung kann z.B. ein Spannverband oder eine Klammer
sein, welcher bzw. welche das Rotorpaket sowie den Rotorbremskörper miteinander
verspannt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Befestigungseinrichtung mehrere Befestigungsmittel auf.
Die Befestigungsmittel sind in Umfangsrichtung regelmäßig verteilt
angeordnet. Insbesondere sind die Befestigungsmittel um einen gleichen Winkel
gegeneinander versetzt angeordnet. Die Verteilung der Befestigungsmittel
kann alternativ auch innerhalb von zuvor festgelegten Bereichen
erfolgen.
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Dadurch
wird vorteilhaft eine gleichmäßige Drehmomentübertragung
von Rotorpaket zu Rotorbremskörper
und umgekehrt gewährleistet.
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Die
Befestigungsmittel können
z.B. Schrauben, Bolzen, Stifte oder Nocken sein.
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Vorzugsweise
sind gemäß einer
weiteren Ausführungsform
axial verlaufende Aussparungen im Rotorpaket und im Rotorbremskörper vorhanden.
Zudem weist die Befestigungseinrichtung Befestigungsmittel auf,
die in den Aussparungen angeordnet sind.
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Durch
die axiale Anordnung der Aussparungen und der darin eingebrachten
Befestigungsmittel vereinfacht sich die Montage.
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Die
Aussparungen weisen vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Insbesondere sind
die Aussparungen Bohrungen zur Einbringung eines Bolzens, eines
Spreizdorns, einer Nocke oder einer Schraube.
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Es
kann je ein Innengewinde in den axialen Aussparungen im Rotorpaket
eingebracht sein. Die axialen Bohrungen im Rotorbremskörper weisen
einen Querschnitt auf, der geringfügig größer ist als der Querschnitt
einer axialen Aussparung mit Innengewinde.
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Die
axialen Aussparungen sowie die Bohrungen sind derart aufeinander
abgestimmt, dass das Rotorpaket und der Rotorbremskörper von
der dem Rotorpaket abgewandten axialen Außenseite des Rotorbremskörpers aus
miteinander verschraubt werden können.
Hierzu werden die Schrauben durch je eine Bohrung im Rotorbremskörper hindurch
gesteckt. Anschließend
wird der Rotorbremskörper
mit dem Rotorpaket verschraubt, indem die Schrauben in das jeweilige
Innengewinde im Rotorpaket eingreifen. Rotorpaket und Rotorbremskörper sind
danach miteinander verspannt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Verschraubung von Rotorpaket und Rotorbremskörper über die
dem Rotorbremskörper
abgewandte axiale Außenseite
des Rotorpakets erfolgen.
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Die
zuvor beschriebene Befestigungsmöglichkeit
ist als beispielhaft zu betrachten. Dem Fachmann sind vielfältige alternative
Befestigungsmöglichkeiten
bekannt, um mechanische Bauelemente fest miteinander zu verbinden.
So können
neben Schrauben auch Spannhülsen,
Dübel,
Nocken sowie Konuselemente zum Spreizen der Nocken verwendet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
weisen das Rotorpaket und der Rotorbremskörper eine Radialerstreckung
auf, die entlang der Rotorwelle zwischen einem Mimimalwert und einem
Maximalwert variiert. Zudem weisen die Aussparungen von der Rotorwelle
einen Radialabstand auf, der kleiner als der Minimalwert ist.
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Mit
der Minimalerstreckung ist ein radialer Abstand im Bereich des Rotorpakets
und des Rotorbremskörpers
entlang der Drehachse bezeichnet, bei welchem eine entsprechende
axial verlaufende Schnittlinie noch vollständig bzw. zumindest nahezu vollständig im
Rotorpaket und Rotorbremskörper
verlaufen würde.
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Die
Befestigungsmittel weisen unter dieser Maßgabe einen möglichst
großen
radialen Abstand zur Drehachse auf. Zudem sind die Befestigungsmittel
zumindest nahezu vollständig
von einem Werkstoff bzw. von einer Kombination mehrerer Werkstoffe
des Rotorpakets bzw. des Rotorbremskörpers umgeben. Dadurch ist
eine hohe Drehmomentübertragung
zwischen den beiden Rotorkörpern
möglich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist der Rotorbremskörper
zusätzlich
mittels radial wirkender Befestigungselemente drehfest mit der Rotorwelle
verbunden. Als Befestigungsmittel können Schrauben, Bolzen, Nocken
etc. verwendet werden.
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Durch
diese Maßnahme
wird die Steifigkeit des gesamten Rotors weiter erhöht.
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Im
Besonderen ist der Rotorbremskörper
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
auf die Rotorwelle aufgeschrumpft.
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Durch
das Aufschrumpfen entsteht eine drehfeste, kraftschlüssige Verbindung.
Befestigungsmittel können
bei dieser Befestigungsart vorteilhaft entfallen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einer elektrischen Maschine,
insbesondere mit einem Elektromotor, gelöst, welche einen Stator und
einen erfindungsgemäßen Rotor
aufweist.
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Eine
elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor kann in vorteilhafter
Weise hochdynamischer betrieben werden.
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Im
Besonderen weist die elektrische Maschine einer Ausführungsform
zufolge eine Bremseinrichtung zum Bremsen und/oder zum Feststellen
des Rotors auf. Der Rotorbremskörper
ist ein Bestandteil der Bremseinrichtung und im Wesentlichen rotationssymmetrisch
in Bezug auf die Drehachse der Rotorwelle ausgebildet.
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Die
Bremseinrichtung kann eine Betätigungseinrichtung
zur Betätigung
eines Bremsschuhs oder Bremsbelags aufweisen. Mittels der Betätigungseinrichtung
kann der Rotorbremskörper über seine
radiale und/oder axiale Außenseite
gebremst und/oder festgehalten werden. Der Bremsschuh sowie die
zugehörige
Betätigungseinrichtung
sind vorzugsweise in einem Maschinengehäuse der elektrischen Maschine
angebracht. Die Betätigung
kann auf elektromechanischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege
erfolgen.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
weist die elektrische Maschine einen Drehgeber auf, welcher an einem
axialen Ende der Rotorwelle befestigt ist.
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Dadurch
ist eine Steuerung bzw. eine Regelung der elektrischen Maschine über einen
zugehörigen
Umrichter möglich.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform ist
der Drehgeber an einem an den Rotorbremskörper angrenzenden axialen Ende
der Rotorwelle befestigt.
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Durch
den geringen axialen Abstand zwischen Rotorbremskörper und
Drehgeber kann die Torsionselastizität des Rotors und insbesondere
der Rotorwelle regelungstechnisch vernachlässigt werden. Die Steuerung
bzw. Regelung der elektrischen Maschine kann vorteilhaft noch dynamischer
erfolgen.
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Im
Besonderen ist die elektrische Maschine ein Servomotor. Derartige
Servomotoren werden insbesondere in der Robotik sowie zum Positionieren von
Maschinen- und Anlagenkomponenten benötigt.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im
Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch eine elektrische Maschine nach dem Stand der Technik in vereinfachter
Darstellung,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Rotor nach dem Stand der Technik,
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3 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Rotor
und
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4 einen
Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Rotor
entlang einer in 3 eingezeichneten Schnittlinie
IV-IV.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine elektrische Maschine 1 nach dem Stand der Technik in
vereinfachter Darstellung.
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Im
Beispiel der vorliegenden 1 ist die elektrische
Maschine 1 ein mechanisch bremsbarer Elektromotor.
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Die
Maschine 1 weist einen Stator 2 sowie einen Rotor 3 auf.
Der Rotor 3 weist eine Rotorwelle 4, ein Rotorpaket 5 und
einen Rotorbremskörper 6 auf. Das
Rotorpaket 5 und der Rotorbremskörper 6 sind auf der
Rotorwelle 4 drehfest befestigt. Mit dem Bezugszeichen
A ist die Drehachse der elektrischen Maschine 1 bezeichnet.
Die Drehachse A stimmt mit der Symmetrieachse des Rotorpakets 5 sowie
des Rotorbremskörpers 6 überein. Üblicherweise
sind das Rotorpaket 5 und der Rotorbremskörper 6 axial beabstandet
auf der Rotorwelle 4 angebracht. Die Drehmomentübertragung
vom Rotorpaket 5 auf den Rotorbremskörper 6 erfolgt im
Stand der Technik ausschließlich
bzw. nahezu ausschließlich über die Rotorwelle 4.
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Die
Rotorwelle 4 ist an ihrem jeweiligen axialen Ende in einem
Lager 7, wie z.B. einem Wälzlager, geführt. Die
Lager 7 sowie der Stator 2 sind üblicherweise
in einem Maschinengehäuse 8 der
elektrischen Maschine 1 angeordnet.
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Der
Rotorbremskörper 6 ist
ein Bestandteil einer nicht weiter bezeichneten Bremseinrichtung
der elektrischen Maschine 1. Der Rotorbremskörper 6 weist
im Wesentlichen eine rotationssymmetrische hohlzylindrische Form
auf. Er kann z.B. auf die Rotorwelle 4 aufgeschrumpft sein
oder, wie im Beispiel der nachfolgenden 2 gezeigt,
mittels radialer Befestigungsmittel fest mit der Rotorwelle 4 verbunden sein.
Der Rotationsbremskörper 6 kann
z.B. aus Stahl oder Aluminium gefertigt sein.
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Im
Beispiel der 1 wird der Rotorbremskörper 6 über seine
von der Abtriebsseite abgewandte axiale Außenseite 9 gebremst.
Zur Aufbringung einer Bremskraft liegt der axialen Außenseite 9 des
Rotorbremskörpers 6 ein
Bremsschuh 10 einer Bremsbetätigungseinrichtung 11 gegenüber. Die
Betätigungseinrichtung 11 ist
im Beispiel der 1 ein pneumatischer Hubzylinder,
welcher bei Beaufschlagung mit Druckluft einen Bremsstößel 12 in
Richtung zur axialen Außenseite 9 des
Rotorbremskörpers 6 betätigt. Die
Betätigungsrichtung
ist mit einem Pfeil verdeutlicht. Die Betätigungseinrichtung 11 ist
vorzugsweise am Maschinengehäuse 8 der
elektrischen Maschine 1 angebracht.
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Zur
Steigerung der Bremsdrehmomentübertragung
weist der Rotorbremskörper 6 an
seiner axialen Außenseite 9 einen
radialen Fortsatz 13 auf, welcher einen größeren radialen
Abstand zur Rotorwelle 4 aufweist als der gezeigte Rest
des Rotorbremskörpers 6.
Der radiale Fortsatz 13 bildet beispielhaft eine Bremsscheibe.
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Der
Rotorbremskörper 6 kann
auch über
seine radiale Außenseite 14 abgebremst
werden. In diesem Fall bildet die radiale Außenseite 14 eine Bremsnabe.
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Im
rechten Teil der 1 ist ein Drehgeber 15 zur
Erfassung einer Drehbewegung der Rotorwelle 4 dargestellt.
Der Drehgeber 15 weist eine gestrichelt dargestellte Drehgeberwelle 16 auf,
welche mit einem axialen Ende 17 der Rotorwelle 4 drehfest
verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen 18 ist beispielhaft
eine Kappe zum mechanischen Schutz des Drehgebers 15 bezeichnet.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Rotor 3 nach dem Stand der Technik. Im linken
Teil der 2 ist das Rotorpaket 5 dargestellt.
Im rechten Teil der 2 ist der Rotorbremskörper 6 dargestellt. Der
Rotorbremskörper 6 ist
mittels radialer Befestigungsmittel 20 drehfest mit der
Rotorwelle 4 verbunden. Die gezeigte mechanische Verbindung
ist eine formschlüssige
und zugleich kraftschlüssige
Verbindung.
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Der
Rotorbremskörper 6 kann
alternativ oder zusätzlich
auf die Rotorwelle 4 aufgeschrumpft sein. Eine derartige
mechanische Verbindung ist eine rein kraftschlüssige Verbindung.
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3 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Rotor 23.
Gemäß der Erfindung sind
das Rotorpaket 5 und der Rotorbremskörper 6 unmittelbar
drehfest miteinander verbunden.
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Bei
dem gezeigten Beispiel liegt der Rotorbremskörper 6 an einem axialen
Ende 17 der Nichtabtriebsseite der Rotorwelle 4,
während
das Rotorpaket 5 einem axialen Ende der Abtriebsseite der
Rotorwelle 4 angeordnet ist.
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Alternativ
dazu kann die axiale Position des Rotorpakets 5 und des
Rotorbremskörpers 6 vertauscht
sein.
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Im
Beispiel der 3 sind das Rotorpaket 5 und
der Rotorbremskörper 6 über ihre
jeweils einander zugewandte axiale Außenseite 24, 25 miteinander
verbunden. Vorzugsweise sind die beiden axialen Außenseiten 24, 25 plan
und, wie in 3 gezeigt, senkrecht zur Drehachse
A der Rotorwelle 4 ausgeformt. Die beiden axialen Außenseiten 24, 25 können alternativ
jede beliebige geometrische Oberflächenform, wie z.B. konisch
oder ballig, aufweisen. Wesentlich ist, dass die beiden axialen
Außenseiten 24, 25 derart
aufeinander abgestimmt sind, dass eine möglichst große gemeinsame Berührungsfläche zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung
vorhanden ist.
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Im
Beispiel der 3 sind mehrere Schrauben als
Befestigungsmittel 26 vorhanden. Vorzugsweise sind die
Befestigungsmittel 26 in Umfangsrichtung regelmäßig verteilt
angeordnet. Die Anzahl der Befestigungsmittel 26 kann z.B.
2, 3, 6, 8 etc. betragen. Im Beispiel der 3 ist die
Anzahl geradzahlig gewählt,
so dass sich je zwei Befestigungsmittel 26 in der gezeigten
Schnittdarstellung genau gegenüberliegen.
Ein Beispiel für
eine regelmäßige Verteilung ist
in 4 dargestellt.
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Im
Rotorpaket 5 und im Rotorbremskörper 6 sind zur Aufnahme
der Befestigungsmittel 26 axial verlaufende Aussparungen 27, 28 vorhanden,
in den die Befestigungsmittel 26 angeordnet sind. Mit dem Bezugszeichen 27 sind
die rotorpaketseitigen Aussparungen und mit dem Bezugszeichen 28 die
rotorbremskörperseitigen
Aussparungen bezeichnet. Im Beispiel der 3 weisen
die rotorpaketseitigen Aussparungen 27 je ein Innengewinde
auf, welches auf ein Außengewinde
der gezeigten Schrauben 26 abgestimmt ist. Die rotorbremskörperseitigen
Aussparungen 28 sind Bohrungen, deren Durchmesser geringfügig größer ist
als der Durchmesser des Innengewindes der rotorpaketseitigen Aussparungen 27.
Zur Befestigung lassen sich die jeweiligen Schrauben 26 durch
die Bohrungen 28 im Rotorbremskörper 6 hindurch schieben
und in die Aussparungen 27 im Rotorpaket 5 einschrauben.
Durch die Verschraubung werden das Rotorpaket 5 und der
Rotorbremskörper 6 fest
miteinander verspannt. Die Verspannung erhöht vorteilhaft die Torsionssteifigkeit des
erfindungsgemäßen Rotors 23.
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Vorzugsweise
sind an der axialen Außenseite 9 des
Rotorbremskörpers 6 zylindrische
Vertiefungen 29 eingebracht, in welche ein jeweiliger Schraubenkopf 30 der
Schrauben 26 beim Einschrauben eingelassen werden kann.
Der Schraubenkopf 30 kann z.B. ein Innensechskant-Schraubenkopf
sein.
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Dadurch
steht vorteilhaft eine größere Fläche zur
Abbremsung des Rotors 23 an der axialen Außenseite 9 des
Rotorbremskörpers 6 zur
Verfügung.
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Das
Rotorpaket 5 und der Rotorbremskörper 6 weisen eine
Radialerstreckung auf, die entlang der Rotorwelle 4 zwischen
einem Mimimalwert B und einem Maximalwert C variiert. Des Weiteren
weisen die Aussparungen 27, 28 im Rotorpaket 5 und
im Rotorbremskörper 6 von
der Rotorwelle 4 einen Radialabstand D auf, der kleiner
als der Minimalwert C ist. Der Radialabstand D ist dabei auf den
maximalen radialen Abstand der jeweiligen Aussparung 27, 28 bezogen.
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Im
Beispiel der 3 weist der Radialabstand D
einen Wert auf, der kleiner ist als der Minimalwert C. Die gezeigten
Aussparungen 27, 28 verlaufen noch vollständig entlang
der entsprechenden axial verlaufenden Schnittlinie im Rotorpaket 5 und
im Rotorbremskörper 6.
Die Schrauben 26 weisen unter dieser Maßgabe einen möglichst
großen
radialen Abstand D zur Drehachse A auf. Zudem sind die Schrauben 28 vollständig vom
Werkstoff des Rotorpakets 5 bzw. des Rotorbremskörpers 6 umgeben. Dadurch
ist eine besonders hohe Drehmomentübertragung zwischen den beiden
Rotorkörpern 5, 6 möglich.
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Im
Beispiel der 3 ist der Rotorbremskörper 6 wie
auch das Rotorpaket 5 auf die Rotorwelle 4 aufgeschrumpft.
Im kaltem Zustand weisen beide Rotorkörper 5, 6 einen
Innendurchmesser zum Aufschieben auf die Rotorwelle 4 auf,
der geringfügig kleiner
ist als der Außendurchmesser
der Rotorwelle 4. Durch Erwärmung der beiden Rotorkörper 5, 6 weitet
sich der Innendurchmesser geringfügig auf, sodass ein Aufschieben
auf die Rotorwelle 4 möglich ist.
Nach Erkalten stellt sich eine drehfeste kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem jeweiligen Rotorköper 5, 6 und
der Rotorwelle 4 ein.
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Alternativ
dazu kann der Rotorbremskörper 6 mittels
zusätzlich
radial wirkender Befestigungselemente, wie bei der Ausführungsform
gemäß 2 nach
dem Stand der Technik gezeigt, drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden
sein. Als Befestigungsmittel können
Schrauben, Bolzen, Stifte, Nocken oder dergleichen verwendet werden.
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Im
Beispiel der 3 entsprechen die Schrauben 26 einer
axial wirkenden Befestigungseinrichtung zur Verbindung des Rotorpakets 5 mit dem
Rotorbremskörper 6.
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Alternativ
kann ein Spannverband oder eine Klammer verwendet werden, welcher
bzw. welche die beiden Rotorköper 5, 6 mechanisch
miteinander verspannen. Der Spannverband kann z.B. ein Stahlband
oder Stahlseil umfassen, welches mit den einander nicht zugewandten
axialen Enden 31, 9 der Rotorkörper 5, 6 mechanisch
verbunden ist.
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Der
erfindungsgemäße Rotor 23 ist
Bestandteil einer elektrischen Maschine 1, wie z.B. eines Elektromotors
oder eines Generators. Die elektrische Maschine 1 kann
eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein. Eine derartige elektrische
Maschine kann in vorteilhafter Weise hochdynamischer betrieben werden.
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Insbesondere
ist die elektrische Maschine 1, wie in 3 dargestellt,
ein Elektromotor mit einer nicht weiter bezeichneten Bremseinrichtung
zum Bremsen und/oder zum Feststellen des Rotors 23. Der
Rotorbremskörper 6 ist
dabei Bestandteil der Bremseinrichtung.
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Der
Rotorbremskörper 5 kann
gemäß dem Beispiel
nach 3 mittels einer nicht weiter gezeigten Bremsbetätigungseinrichtung über die
radiale und/oder axiale Außenseite 15, 9 des
Rotorbremskörpers 6 abgebremst
bzw. festgehalten werden. Die Betätigung kann beispielsweise
auf elektromechanischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege erfolgen.
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Im
Beispiel der 4 ist der Drehgeber 15 der
elektrischen Maschine 1 am axialen Ende 17 der Rotorwelle 4 befestigt.
Im Beispiel der 4 ist der Drehgeber 15 an
dem axialen Ende 17 der Rotorwelle 4 befestigt,
welches an den Rotorbremskörper 6 axial
angrenzt.
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Dadurch
ist der axiale Abstand zwischen Rotorbremskörper 6 und Drehgeber 15 derart
gering, dass die Torsionselastizität des Rotors 23 und
insbesondere die der Rotorwelle 4 regelungstechnisch vernachlässigt werden
kann. Die Steuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine 1 kann
vorteilhaft noch dynamischer erfolgen.
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Insbesondere
ist die erfindungsgemäße elektrische
Maschine 1 ein Servomotor. Derartige Servomotoren können besonders
vorteilhaft in der Robotik sowie zum Positionieren von Maschinen- und
Anlagenkomponenten eingesetzt werden.
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4 zeigt
einen Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Rotor 23 entlang
einer in 3 eingezeichneten Schnittlinie
IV-IV.
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Im
Beispiel der 4 sind beispielhaft sechs Schrauben 26 als
Befestigungsmittel in Umfangsrichtung des Rotorbremskörpers 6 regelmäßig verteilt angeordnet.
Die Schrauben 26 sind um einen gleichen Winkel W von 60° gegeneinander
versetzt angeordnet. Die Verteilung der Befestigungsmittel 26 bzw.
Schrauben kann alternativ auch innerhalb von zuvor festgelegten
Bereichen erfolgen.