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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Polradanordnung für einen
Drehgeber, mit einem mehrteiligen Polrad, wobei das Polrad zumindest
zwei radial teilbare Polradsegmente aufweist, wobei die Polradsegmente
mittels einer Verbindungseinrichtung der Polradanordnung verbindbar
sind, und wobei die Verbindungseinrichtung derart ausgebildet ist,
dass die Polradanordnung mit einem axial geschlossenem Wellenabschnitt
einer Welle lösbar
verbindbar ist. Weiter betrifft die Erfindung eine Welle für eine derartige
Polradanordnung.
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Drehgeber
bzw. zugehörige
Polradanordnungen werden vorzugsweise dort eingesetzt, wo es darum
geht, Drehzahlen bzw. Drehstellungen von Wellen zu messen. Hierzu
weist das Polrad, das auf der Welle montiert wird, mehrere Magnetspuren
auf, die über
Sensoren, die in einem sog. Abtastkopf angeordnet sind, berührungslos
abgetastet werden. Der bei der Funktion des Drehgebers gegenüber der rotierenden
Welle stillstehende Abtastkopf ist mit einer entsprechenden Messelektronik
verbunden.
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Es
ist bekannt, dass die magnetische Kodierung eines Drehgebers auf
einem einteiligen Polrad aufgebracht wird. Dieses einteilige Polrad
wird zwecks Montage über
ein freies Wellenende auf einer Motor- bzw. Antriebswelle aufgeschoben
und mit der Welle verbunden.
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Dies
setzt jedoch voraus, dass ein freies Wellenende für eine Montage
verfügbar
ist. D. h. ein Wellenende bzw. ein Wellenabschnitt ist axial offen, so
dass die Welle von einer Axialseite her zugänglich ist, und das in sich
geschlossene Polrad auf das Wellenende in einer axialen Richtung
aufgeschoben werden kann.
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Bei
einer Vielzahl von Anwendungsfällen,
so z. B. bei Schiffsantrieben bzw. bei Modernisierungen von bestehenden
Antriebssystemen mit großem
Wellendurchmesser, ist kein freies Wellenende verfügbar. D.
h., ein Wellenende bzw. Wellenabschnitt ist axial geschlossen. Dies
ist beispielsweise der Fall, wenn ein Polrad bzw. Drehgeber zwischen
zwei Lagerböcken
auf einer Welle montiert werden soll. So ist es erforderlich zumindest
einen Lagerbock zu entfernen, um ein axial offenes Wellenende zu
erhalten. Insbesondere wenn Drehgeber auf axial geschlossenen Wellenabschnitten
einer Welle montiert sind, gestaltet sich ein Auswechseln des betreffenden
Drehgebers als besonders aufwendig.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Polradanordnung für einen
Drehgeber vorzuschlagen, die eine einfache Montage eines Drehgebers
auf einer Welle ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Polradanordnung
für einen
Drehgeber weist ein mehrteiliges Polrad auf, wobei das Polrad zumindest
zwei radial teilbare Polradsegmente aufweist, wobei die Polradsegmente mittels
einer Verbindungseinrichtung der Polradanordnung verbindbar sind,
und wobei die Verbindungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass
die Polradanordnung mit einem axial geschlossenem Wellenabschnitt
einer Welle lösbar
verbindbar ist.
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Folglich
ist das Polrad aus mehreren Teilsegmenten aufgebaut, welche durch
spezielle Befestigungslösungen
gegen die bei höheren
Wellendrehzahlen entstehenden Fliehkräfte geschützt sind. Spezielle konstruktive
Lösungen
in Verbindung bzw. Befestigung der Segmente des Polrads weisen auch
bei höheren
Drehzahlen und entsprechenden Fliehkräften eine ausreichende Festigkeit
auf, wodurch ein Schutz gegen ein Auseinanderfliegen des Polrades gegeben
ist. So wird insbesondere in den oben genannten Anwendungsfällen der
Einsatz eines hochgenauen magnetischen Drehgebers zur Erfassung von
Drehzahl, Position bzw. Überdrehzahl überhaupt erst
möglich
bzw. wirtschaftlich sinnvoll möglich.
Die Teilsegmente können
so besonders einfach von einer Radialseite aus an der Welle montiert
werden, ohne dass ein axial offener Wellenabschnitt notwendig wäre.
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In
einer Ausführungsform
kann die Verbindungseinrichtung Verbindungselemente aufweisen, mittels
derer eine formschlüssige
Verbindung zwischen den Polradsegmenten ausbildbar ist. Beispielsweise
können
die Verbindungselemente profiliert sein, so dass ein Verbindungselement
eines Polradsegments in Art eines Vorsprungs und ein zweites Verbindungselement
eines gegenüber
angeordneten Polradsegments in Art einer übereinstimmend ausgebildeten
Ausnehmung, in die der Vorsprung einsetzbar ist, ausgebildet ist.
Ein Beispiel hierfür
ist eine Nutensteinverbindung. Die formschlüssige Verbindung zwischen den
Polradsegmenten kann auch so ausgebildet sein, dass zwischen den
Polradsegmenten kein Bewegungsspiel möglich ist.
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Auch
ist es möglich,
dass die Polradsegmente die Verbindungselemente ausbilden. Die Verbindungselemente
können
demnach unmittelbar am Polradsegment in Art eines profilierten Vorsprungs angeformt
oder an einem gegenüberliegenden
Polradsegment in Art einer entsprechend übereinstimmenden Ausnehmung
ausgebildet sein. In einer besonders einfachen Ausführungsform
kann die Polradanordnung daher alleine aus zwei Polradsegmenten
bestehen, die zusammen die Verbindungseinrichtung ausbilden.
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Weiter
kann die Verbindungseinrichtung Verbindungselemente aufweisen, mittels
derer eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen den Polradsegmenten ausbildbar ist. Demnach
kann ein aus zumindest zwei Polradsegmenten zusammengesetztes Polrad
an den Polradsegmenten Verbindungsschnittstellen bzw. Verbindungsbereiche
aufweisen, die in einer Variante mit Verbindungsschrauben verbunden sind,
die im Wesentlichen querkraftfrei sind.
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So
ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungseinrichtung in einem Verbindungsbereich
Querkraftaufnahmen aufweist. Hierzu können von den Verbindungsschrauben
unabhängig
ausgebildete Querkraftaufnahmen vorgesehen sein, die insbesondere in
dem Fall hoher Wellendrehzahlen durch Zentrifugalkräfte ausgebildete
Querkräfte
aufnehmen, um so für
eine Abschirmung der Schraubenverbindungen vor den Querkräften zu
sorgen.
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Die
Verbindungselemente können
auch teilkreisförmig
ausgebildet sein, beispielsweise in Art zumindest zweier Kreisringabschnitte,
deren Öffnungsseite
so groß ist,
dass sie an einem geschlossenen Wellenabschnitt montiert werden
können. Folglich
kann die Polradanordnung zumindest zwei derartige Verbindungselemente
umfassen.
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Wenn
die Verbindungselemente beispielsweise an einer Stirnseite eines
Polrads anordbar sind, können
die Verbindungselemente mittels Befestigungselemente am Polrad befestigt
sein.
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So
können
die Verbindungselemente mittels Stift- und/oder Schraubverbindungen
an den Polradsegmenten befestigbar sein. D. h. die Verbindungselemente
können
jeweils einen Verbindungsbereich zwischen Polradsegmenten überbrücken.
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Weiter
können
am Polrad axiale Ausnehmungen ausgebildet sein. Derartige Ausnehmungen bewirken
eine Gewichtsreduzierung des Polrads und somit eine Reduzierung
von Fliehkräften
bzw. Zugkräften
in den Verbindungseinrichtungen.
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Die
Ausnehmungen können
auch dazu genutzt werden, Verbindungselemente in die Ausnehmungen
einzusetzen. So wird eine Breite eines Polrads durch die Verbindungseinrichtung
nicht zwangsläufig
vergrößert. Auch
kann zwischen den Ausnehmungen und den jeweiligen Verbindungselementen eine
formschlüssige
Verbindung ausgebildet sein.
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Grundsätzlich können die
Verbindungselemente auch Stifte und/oder Schrauben sein. Die Polradsegmente
können
so einfach mittels einer Passstiftverbindung oder einer einfach
ausbildbaren Schraubverbindung zusammengefügt und auch wieder demontiert
werden.
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In
einer Ausführungsform
können
die Verbindungselemente Rundringe sein, die an der Welle befestigbar
sind. In diesem Fall kann an den Polradsegmenten ein abgesetzter
Durchmesser ausgebildet sein, der einen Bund des Rundrings hintergreift,
so dass die Polradsegmente auf der Welle gehaltert werden. Die Bundringe
müssen
nicht zwangsläufig segmentiert
sein, so dass die Polradanordnung auch einen einzelnen Rundring,
welcher in axialer Richtung auf einer Welle verschieblich angeordnet
und daran befestigbar ausgebildet ist aufweisen kann. Vorzugsweise
können
derartige Rundringe jedoch auch aus zumindest zwei teilbare Bundringsegmente ausgebildet
sein.
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Als
eine zusätzliche
Sicherung bzw. eine Schutzhaube kann die Polradanordnung eine radiale Abdeckung
des Polrads umfassen.
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Die
erfindungsgemäße Welle
für die
erfindungsgemäße Polradanordnung
bildet einen Rundring aus, in den das Polrad eingreifen kann. D.
h. der Rundring ist am Umfang der Welle zusammen mit der Polradanordnung als
eine umlaufende Nut-Feder-Konstruktion zwischen Polrad und Welle
ausgebildet.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
einer Welle ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf
den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine erste Ausführungsform
eines Polrades in einer Draufsicht;
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2:
eine Querschnittsansicht des Polrades aus 1;
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3: ein Abtastkopf eines Drehgebers;
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4:
eine zweite Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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5:
eine dritte Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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6:
eine vierte Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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7:
eine fünfte
Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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8:
eine sechste Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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9:
eine siebte Ausführungsform
eines Polrades in einer Teilansicht;
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10:
eine Querschnittsansicht des Polrades aus 9;
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11:
das Polrad aus 10 mit einer Abdeckung;
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12:
eine achte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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13:
eine neunte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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14:
eine zehnte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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15:
eine elfte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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16:
eine zwölfte
Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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17:
eine dreizehnte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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18:
eine vierzehnte Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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19:
eine fünfzehnte
Ausführungsform
eines Polrades in einer Querschnittsansicht;
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20:
eine sechzehnte Ausführungsform eines
Polrades in einer Draufsicht;
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21:
eine Querschnittsansicht des Polrades aus 20.
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1 zeigt
in einer Draufsicht die Ausbildung eines zweiteilig ausgebildeten
Polrads 10, dessen Polradsegmente 11 und 12 gemäß einer
ersten Variante über
Schraubverbindungen 13 und 14 in zwei Verbindungsbereiche 15 und 16 untereinander verbunden
sind.
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In 2,
in der eine Querschnittsansicht auf Verbindungsenden 17 und 18 des
Polradsegments 11 dargestellt ist, sind die Verbindungsenden 17 und 18 im
vorliegenden Fall mit jeweils zwei Passstiften 19 versehen,
die bei einem Zusammenfügen
der beiden Polradsegmente 11 bzw. 12 in im Gegensegment ausgebildete
Passstiftbohrungen 20 im Wesentlichen spielfrei eingepasst
werden. Aufgrund dieser Passstiftverbindung 21 wird zum
einen eine Aufnahme radial wirkender Querkräfte in den Verbindungsbereichen 15 bzw. 16 durch
die Passstifte 18 bzw. 19 ermöglicht, so dass die Schraubverbindungen 13 bzw. 14 nur
zugbelastet und damit Querkraftfrei sind.
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Weiterhin
ermöglichen
die Passstiftverbindungen 21 ein derart exaktes Zusammenfügen der Polradsegmente 11 und 12,
so dass in dem Außenumfang 22 des
in 1 dargestellten Polrads 10 im Bereich
der Verbindungsbereiche 15 und 16 ein Querversatz
sowohl in axialer als auch in radialer Richtung im Wesentlichen
vermieden wird, der ansonsten zur Verfälschung von Sensormesswerten der
in einem Abtastkopf 23 angeordneten Sensoren 24 führen könnte.
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3 zeigt eine beispielhafte Darstellung des
Abtastkopfs 23, der eine konkav ausgebildete Abtastseite 25 mit
im vorliegenden Fall drei Sensoren 24 aufweist. Für den Fall,
dass trotz der vorstehend erläuterten
beispielhaften Möglichkeit
zur Vermeidung eines Querverssatzes oder eines Sprungfehlers zwischen
den Polradsegmenten 11 und 12 ein derartiger Sprungfehler
auftreten sollte, ermöglichen die
drei Sensoren drei voneinander unabhängige Messungen in den Verbindungsbereichen 15 und 16, die
durch eine anschließende
Mittelung der Messwerte eine weitestgehende Kompensation eines durch
einen Sprungfehler bedingten Messfehlers ermöglichen.
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In
den 4 bis 8 sind beispielhaft weitere
Möglichkeiten
einer Verbindung von Teilsegmenten von Polrädern untereinander bzw. der
Befestigung eines aus Segmenten bestehenden Polrads an einer Welle
dargestellt.
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Bei
dem in 4 dargestellten Polrad 26 sind axiale
Durchgangsöffnungen 27 ausgebildet,
die eine Masse des Polrads 26 erheblich verringern.
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5 zeigt
ein Polrad 28 mit einer Schraubverbindung 29 zur
Verbindung zweier Polradsegmente 30 und 31.
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Bei
dem Polrad 32 aus 6 ist ein
rückseitig
angeordnetes und hier nicht sichtbares Verbindungselement mittels
Schrauben 33 an Polradsegmenten 34 und 35 fixiert.
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7 zeigt
ein Polrad 36 mit Polradsegmenten 37 und 38,
wobei das Polradsegment 37 ein profiliertes Verbindungselement 39 und
das Polradsegment 38 eine übereinstimmend ausgebildete
Ausnehmung 40 ausbilden. Die Ausnehmung 40 wird
von dem tannenbaumartigen Verbindungselement 39 nahezu
vollständig
ausgefüllt.
Folglich bildet die Ausnehmung 40 ebenfalls ein Verbindungselement 41 an dem
Polradsegment 38 aus.
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8 zeigt
eine besonders einfache Ausführungsform
eines Polrads 42 mit einem flanschartig axial hervorspringenden
Verbindungsbereich 43. Der Verbindungsbereich 43 ist
aus zwei Flanschen 44 und 45 mit einer darin eingesetzten
Schraube 46 gebildet.
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Eine
Zusammenschau der 9 und 10
zeigt
ein Polrad 47, welches aus zwei Polradsegmenten 48 und 49 gebildet,
und mittels im wesentlichen übereinstimmenden,
teilkreisförmigen
Verbindungselementen 50 und 51 aneinandergefügt ist.
Die Polradsegmente 48 und 49 können mit den Verbindungselementen 50 bzw. 51 mittels
einer hier nicht näher dargestellten
Schraub-, Stift- oder Klebeverbindung verbunden sein.
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11 zeigt
das Polrad 47 mit einer Abdeckung 52, die im Falle
eines Bruchs des Polrads 47 einen Schutz vor umherfliegenden
Bauteilen bietet.
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In
den weiteren Zeichnungsfiguren 12 bis 19 sind
verschiedene Ausführungen
von Querkraftaufnahmen dargestellt, die dazu dienen, radial wirkende Querkräfte bzw.
Fliehkräfte
während
des Messbetriebs, also der Rotation einer Welle 53, aufzunehmen
und so die in den 4 bis 8 dargestellten Verbindungen
bzw. Verbindungselemente von derartigen Querkräften zu entlasten. So zeigt
beispielsweise die 12 ein Polradsegment 54 in
einer Querschnittsdarstellung mit auf einem äußeren Umfang 55 angeordneten
Magnetspuren 56. Das Polradsegment 54 ist mit
einem Ringvorsprung 57 versehen, der in einen an einem
Rundring 58 der Welle 53 ausgebildeten Rücksprung 59 eingreift,
so dass Querkräfte,
wie in 12 durch einen Pfeil 60 beispielhaft dargestellt,
vom Polradsegment 54 in den Rundring 58 der Welle 53 abgeleitet
werden.
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Die 13 zeigt
ein Polradsegment 61 mit einem zweiten, lose an einer Welle 62 in
axialer Richtung verschiebbaren Rundring 63, welcher mittels
einer hier andeutungsweise dargestellten Stift- oder Schraubverbindung 64 an
einem Rundring 65 und dem Polradsegment 61 befestigt
ist.
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Bei
der Darstellung in 14 ist ein Bundring 66 zunächst mit
einer Welle 67 verbunden und gleichzeitig mit einem Polradsegment 68.
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Im
Unterschied zu 13 zeigt 15 einen losen
Bundring 69 anstelle des in 13 von
der Welle ausgebildeten Rundrings, wobei der Bundring 69 an
einer Welle 70 mittels einer Verbindung 71 befestig
ist.
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16 zeigt
ein zweiteiliges Polradsegment 72 gebildet aus Segmenthälften 73 und 74,
welche mittels einer andeutungsweise dargestellten Verbindung 75 mit
einem Bundring 76 fest Verbunden sind.
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17 zeigt
ein eben solches Polradsegment 77, wobei jedoch eine Verbindung 78 innerhalb der
Segmenthälften 79 und 80 des
Polradsegments 77 ausgebildet ist.
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Eine
Möglichkeit
zur Befestigung eines Polradsegments 81 auf einem Rundring 82 einer
Welle 83 zeigt 18. In
dem Polradsegment 81 ist ein Gewinde 84 ausgebildet,
in welches eine Schraube 85 eingesetzt ist, die das Polradsegment 81 mit
dem Rundring 82 verspannt.
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19 zeigt
im Unterschied zu 18 einen losen Rundring 86,
der mit einer Welle 87 verschraubt ist.
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Eine
Zusammenschau der 20 und 21 zeigt
ein Polrad 88, gebildet aus zwei Polradsegmenten 89 und 90,
welche mit kreisabschnittsförmigen
Verbindungselementen 91 und 92 miteinander kraft-
und formschlüssig
verbunden sind. Die Verbindungselemente 91 und 92 sind
jeweils mit den Polradsegmenten 89 bzw. 90, wie
hier andeutungsweise dargestellt, mittels Schrauben 93 fest
verbunden. In den Polradsegmenten 89 und 90 sind
jeweils kreisringförmige
Ausnehmungen 94 bzw. 95 ausgebildet, welche vollständig von
den Verbindungselementen 91 bzw. 92 ausgefüllt werden.