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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem zur Herstellung von Magnetgetrieben nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetgetriebes unter Verwendung eines Baukastensystem nach Anspruch 10.
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Zu einer Herstellung von Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ist bekannt, für jeden Magnetgetriebetyp spezifische Getriebeelemente zu verwenden. Dies bedingt die Notwendigkeit eine hohe Anzahl unterschiedlicher Getriebeelemente für Magnetgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen vorzuhalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, Magnetgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen kostengünstig bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Vorteile der Erfindung
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Es wird ein Baukastensystem zur Herstellung von Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen vorgeschlagen, mit zumindest einer ersten Gruppe von ersten Getriebeeinheiten, welche zumindest eine niedrig-polige Einheit umfasst, zumindest einer zweiten Gruppe von zweiten Getriebeeinheiten, welche zumindest einen Modulator umfasst, und einer dritten Gruppe von dritten Getriebeeinheiten, welche zumindest eine hoch-polige Einheit umfasst, welche zur Herstellung des Magnetgetriebes miteinander kombinierbar sind.
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Unter einem „Magnetgetriebe“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein ein- oder mehrstufiges Getriebe mit zumindest einer Antriebswelle und mit zumindest einer Abtriebswelle verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, eine Größe und/oder eine Richtung einer Drehbewegung umzuformen, wobei eine Kraftübertragung zwischen der zumindest einen Antriebswelle und der zumindest einen Abtriebswelle insbesondere zumindest teilweise berührungslos mittels zumindest eines Magnetfelds erfolgt. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einer „Getriebeeinheit” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit eines Getriebes, insbesondere des Magnetgetriebes, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, zumindest einen Beitrag zu einer Einleitung einer Drehbewegung und/oder eines Drehmoments in das Getriebe und/oder zu einer Ausleitung der Drehbewegung und/oder des Drehmoments aus dem Getriebe und/oder zu einer Übertragung der Drehbewegung und/oder des Drehmoments innerhalb des Getriebes zu leisten.
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Unter einem „Modulator“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, einen magnetischen Fluss innerhalb der Magnetgetriebevorrichtung, insbesondere zwischen zumindest zwei weiteren Getriebeeinheiten, insbesondere zu einer Realisierung einer Getriebeübersetzung, zu lenken. Der Modulator weist insbesondere eine Vielzahl an magnetischen Elementen auf, die zumindest teilweise und vorzugsweise zumindest zu einem Großteil aus einem ferromagnetischen und besonders bevorzugt aus einem unmagnetisierten weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch bestehen. Die magnetischen Elemente können insbesondere zumindest teilweise aus einem oder mehreren Elektroblechen und/oder zumindest teilweise aus einem weichmagnetischen Kompositmaterial bestehen. Unter einer „hoch-poligen“ Einheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche gegenüber weiteren Getriebeeinheiten, insbesondere gegenüber einer niedrig-poligen Einheit, eine größere Anzahl magnetischer Pole aufweist. Insbesondere weist die hoch-polige Einheit eine Vielzahl an magnetischen Elementen aus einem permanentmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch auf. Die hoch-polige Einheit kann insbesondere als ein Ständer oder als ein relativ zu einer weiteren rotierenden Getriebeeinheit langsam drehender Rotor ausgebildet sein. Unter einer „niedrig-poligen Einheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche gegenüber weiteren Getriebeeinheiten, insbesondere gegenüber der hoch-poligen Einheit, eine geringere Anzahl magnetischer Pole aufweist. Insbesondere weist die niedrig-polige Einheit zumindest zwei permanentmagnetische Pole auf. Die niedrig-polige Einheit kann insbesondere als ein relativ zu einer weiteren rotierenden Getriebeeinheit schnell drehender Rotor ausgebildet sein.
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Insbesondere baugleiche und/oder vorzugsweise funktionsgleiche Getriebeeinheiten sind jeweils zu einer Gruppe mit jeweils zumindest einem entsprechenden Getriebeelement zusammengefasst. Darunter, dass die Gruppen von Getriebeelementen zu einer Herstellung des Magnetgetriebes miteinander kombinierbar sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass jeweils genau eine der ersten Getriebeeinheiten der ersten Gruppe mit genau einer zweiten Getriebeeinheit der zweiten Gruppe und mit genau einer dritten Getriebeeinheit der dritten Gruppe bei der Herstellung des Magnetgetriebes Verwendung finden und vorzugsweise zu einem Magnetgetriebe zusammenfügbar ist.
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Durch einen derartigen Baukasten können Magnetgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen kostengünstig bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Ferner können eine Bauteilevielfalt und/oder Lagerhaltungskosten reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Gruppen von Getriebeeinheiten beliebig miteinander kombinierbar sind. Darunter, dass die Gruppen von Getriebeeinheiten „beliebig miteinander kombinierbar sind“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass jede Getriebeeinheit jeder Gruppe, insbesondere ohne Änderungen und/oder Anpassungen, in beliebiger Kombination mit jeder Getriebeeinheit der übrigen Gruppen von Getriebeeinheiten bei der Herstellung des Magnetgetriebes Verwendung finden kann und vorzugsweise zu einem Magnetgetriebe mit gewünschtem Übersetzungsverhältnis zusammenfügbar ist. Hierdurch können Kosten weiter reduziert werden. Ferner kann die Flexibilität bei einer Herstellung von Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen weiter gesteigert werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Gruppe zumindest zwei verschiedene erste Getriebeeinheiten umfasst. Insbesondere umfasst die erste Gruppe zumindest zwei zumindest im Wesentlichen funktionsgleiche Getriebeeinheiten, welche sich insbesondere bezüglich eines Aufbaus, insbesondere einer Polzahl und/oder Anordnung magnetischer Elemente, unterscheiden. Unter „zumindest im Wesentlichen funktionsgleich“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass verschiedene Getriebeeinheiten einer Gruppe innerhalb eines Magnetgetriebes eine gleiche Funktionseinheit, jedoch mit verschiedenen Funktionsparametern, beispielsweise unterschiedlicher Polzahl, ausbilden. Unter einem „magnetischen Element“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Element verstanden werden, welches zumindest zu einem Großteil aus zumindest einem paramagnetischen und/oder zumindest einem diamagnetischen und/oder zumindest einem ferrimagnetischen und/oder vorzugsweise aus zumindest einem ferromagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch besteht. Die magnetischen Elemente bestehen insbesondere aus einem hartmagnetischen, insbesondere permanent magnetisierbaren und/oder vorzugsweise permanentmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch. Hierdurch kann vorteilhaft eine flexible Herstellung einer Vielzahl an verschiedenen Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ermöglicht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zweite Gruppe genau eine zweite Getriebeeinheit umfasst. Hierdurch kann die Getriebeeinheit der zweiten Gruppe vorteilhaft als jeweils gleichbleibende Basisgetriebeeinheit zur Herstellung von Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen verwendet werden. Insbesondere können hierdurch Kosten weiter vorteilhaft reduziert werden.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die dritte Gruppe zumindest zwei verschiedene dritte Getriebeeinheiten umfasst. Insbesondere umfasst die dritte Gruppe zumindest zwei zumindest im Wesentlichen funktionsgleiche Getriebeeinheiten, welche sich insbesondere bezüglich eines Aufbaus, insbesondere einer Polzahl und/oder einer Anordnung magnetischer Elemente, unterscheiden. Hierdurch kann vorteilhaft eine flexible Herstellung einer Vielzahl an verschiedenen Magnetgetrieben mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ermöglicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die ersten Getriebeeinheiten jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen aufweisen. Insbesondere sind die magnetischen Elemente in Umfangsrichtung an Struktureinheiten der ersten Getriebeeinheiten angeordnet. Unter einer „Struktureinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine zumindest teilweise eine Bauform und/oder eine Baugröße der Getriebeeinheit bestimmende Basiseinheit der Getriebeeinheit verstanden werden. Insbesondere kann die Struktureinheit dazu vorgesehen sein, weitere Einheiten und/oder Elemente der Getriebeeinheit aufzunehmen. Die Struktureinheit kann insbesondere zumindest teilweise aus einem unmagnetischen oder weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch bestehen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Ausbildung der ersten Getriebeeinheiten als niedrig-polige Einheiten erreicht werden. Ferner können Kosten und/oder eine Bauteilevielfalt weiter vorteilhaft reduziert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass sich unterschiedliche erste Getriebeeinheiten der ersten Gruppe hinsichtlich einer Ausrichtung der zueinander identischen magnetischen Elemente, insbesondere hinsichtlich einer Ausrichtung von magnetischen Polen der identischen magnetischen Elemente, voneinander unterscheiden. Insbesondere können die ersten Getriebeeinheiten jeweils identische Struktureinheiten aufweisen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Variation einer Polanzahl unterschiedlicher erster Getriebeeinheiten ermöglicht werden. Ferner können Kosten und/oder eine Bauteilevielfalt besonders vorteilhaft reduziert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass sich unterschiedliche dritte Getriebeeinheiten der dritten Gruppe hinsichtlich einer Anzahl der zueinander identischen magnetischen Elemente unterscheiden. Somit unterscheiden sich unterschiedliche dritte Getriebeeinheiten der dritten Gruppe insbesondere hinsichtlich einer Polpaarzahl. Insbesondere sind die magnetischen Elemente in Umfangsrichtung äquidistant zueinander beabstandet angeordnet. Abhängig von der Anzahl der magnetischen Elemente ändert sich insbesondere der Abstand zwischen den magnetischen Elementen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Auswahl von dritten Getriebeeinheiten bereitgestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die dritten Getriebeeinheiten jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen aufweisen. Insbesondere sind die magnetischen Elemente in Umfangsrichtung an Struktureinheiten der dritten Getriebeeinheiten angeordnet. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Ausbildung der dritten Getriebeeinheiten als hoch-polige Einheiten erreicht werden. Ferner können Kosten und/oder eine Bauteilevielfalt weiter vorteilhaft reduziert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass sich unterschiedliche dritte Getriebeeinheiten der dritten Gruppe hinsichtlich einer Ausrichtung der zueinander identischen magnetischen Elemente, insbesondere hinsichtlich einer Ausrichtung von magnetischen Polen der identischen magnetischen Elemente, voneinander unterscheiden. Insbesondere können die dritten Getriebeeinheiten jeweils identische Struktureinheiten aufweisen. Hierdurch kann eine vorteilhaft einfache Variation einer Polanzahl unterschiedlicher dritter Getriebeeinheiten ermöglicht werden. Ferner können Kosten und/oder eine Bauteilevielfalt besonders vorteilhaft reduziert werden.
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Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetgetriebes unter Verwendung eines Baukastensystems vorgeschlagen, welches zumindest eine erste Gruppe von ersten Getriebeeinheiten umfasst, welche zumindest eine niedrig-polige Einheit umfasst, zumindest eine zweite Gruppe von zweiten Getriebeeinheiten umfasst, welche zumindest einen Modulator umfasst, und eine dritte Gruppe von dritten Getriebeeinheiten umfasst, welche zumindest eine hoch-polige Einheit umfasst, wobei zumindest eine erste Getriebeeinheit aus der ersten Gruppe, zumindest eine zweite Getriebeeinheit aus der zweiten Gruppe und zumindest eine dritte Getriebeeinheit aus der dritten Gruppe zur Herstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses miteinander kombiniert werden. Hierdurch können Magnetgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen kostengünstig bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Baukastensystem soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Baukastensystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 ein vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Magnetgetriebes und
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2 ein Baukastensystem zur Herstellung von Magnetgetrieben und
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3 ein alternatives Baukastensystem zur Herstellung von Magnetgetrieben.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines beispielhaften Magnetgetriebes 12. Das Magnetgetriebe 12 weist eine erste Getriebeeinheit 16, eine zweite Getriebeeinheit 22 und eine dritte Getriebeeinheit 28 auf. Die Getriebeeinheiten 16, 22, 28 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Getriebeeinheit 16 ist als eine niedrig-polige Einheit 18 ausgebildet. Die zweite Getriebeeinheit 22 ist als ein Modulator 24 ausgebildet. Die dritte Getriebeeinheit 28 ist als eine hoch-polige Einheit 30 ausgebildet.
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Die Getriebeeinheiten 16, 22, 28 weisen jeweils eine Vielzahl an magnetischen Elementen 32, 36, 40 auf, welche jeweils in Umfangsrichtung bezüglich einer Drehachse 52 der Getriebeeinheiten 16, 22, 28 an einer Struktureinheit 34, 38, 42 der jeweiligen Getriebeeinheit 16, 22, 28 angeordnet sind. Die magnetischen Elemente 32, 36 der ersten Getriebeeinheit 16 und der dritten Getriebeeinheit 28 sind jeweils als permanentmagnetische Elemente 44, 46 ausgebildet, welche in Umfangsrichtung mit wechselnden Ausrichtungen bezüglich magnetischer Pole 48, 50 angeordnet sind. Die magnetischen Elemente 40 der zweiten Getriebeeinheit 22 bestehen aus einem weichmagnetischen Werkstoff oder Werkstoffgemisch.
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2 zeigt ein Baukastensystem 10 zur Herstellung von Magnetgetrieben 12 unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse. Das Baukastensystem 10 umfasst eine erste Gruppe 14 von ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c, welche jeweils als eine niedrig-polige Einheit 18a, 18b, 18c ausgebildet sind. Die erste Gruppe 14 umfasst hier beispielhaft drei verschieden zueinander ausgebildete erste Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c. Das Baukastensystem 10 umfasst ferner eine zweite Gruppe 20, welche genau eine zweite Getriebeeinheit 22 umfasst, welche als Modulator 24 ausgebildet ist. Das Baukastensystem 10 umfasst ferner eine dritte Gruppe 26 von dritten Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c, welche jeweils als eine hoch-polige Einheit 30a, 30b, 30c ausgebildet sind. Die dritte Gruppe 26 umfasst hier beispielhaft drei verschieden zueinander ausgebildete dritte Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c. Zu einer Herstellung eines Magnetgetriebes 12 sind die Gruppen 14, 20, 26 von Getriebeeinheiten 16, 22, 28 beliebig miteinander kombinierbar.
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Die ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c weisen jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen 32 auf. Die ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c weisen jeweils identische Struktureinheiten 34 auf. Die ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c unterscheiden sich hinsichtlich einer Ausrichtung der an den Struktureinheiten 34 der ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c angeordneten und zueinander identischen magnetischen Elemente 32 voneinander. Ebenso wie die ersten Getriebeeinheiten 16a, 16b, 16c weisen auch die dritten Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen 36 auf. Die dritten Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c weisen jeweils identische Struktureinheiten 42 auf. Die dritten Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c unterscheiden sich hinsichtlich einer Ausrichtung der an den Struktureinheiten 42 der dritten Getriebeeinheiten 28a, 28b, 28c angeordneten und zueinander identischen magnetischen Elemente 36 voneinander.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 3 jeweils ein ' nachgestellt.
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2 zeigt ein Baukastensystem 10' zur Herstellung von Magnetgetrieben 12' unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse. Das Baukastensystem 10' umfasst eine erste Gruppe 14' von ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c', welche jeweils als eine niedrig-polige Einheit 18a', 18b', 18c' ausgebildet sind. Die erste Gruppe 14' umfasst hier beispielhaft drei verschieden zueinander ausgebildete erste Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c'. Das Baukastensystem 10' umfasst ferner eine zweite Gruppe 20', welche genau eine zweite Getriebeeinheit 22' umfasst, welche als Modulator 24' ausgebildet ist. Das Baukastensystem 10' umfasst ferner eine dritte Gruppe 26' von dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c', welche jeweils als eine hoch-polige Einheit 30a', 30b', 30c' ausgebildet sind. Die dritte Gruppe 26' umfasst hier beispielhaft drei verschieden zueinander ausgebildete dritte Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c'.
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Die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' weisen jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen 32' auf. Die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' weisen jeweils die gleiche Anzahl von zueinander identischen magnetischen Elementen 32' auf. Die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' weisen jeweils identische Struktureinheiten 34' auf. Die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' unterscheiden sich hinsichtlich einer Ausrichtung der an den Struktureinheiten 34' der ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' angeordneten und zueinander identischen magnetischen Elemente 32' voneinander. Eine Magnetisierungsrichtung der jeweiligen magnetischen Elemente 32' der ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' ist hier symbolisch jeweils durch einen Pfeil dargestellt. Durch die unterschiedlichen Ausrichtungen der magnetischen Elemente 32' weisen die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' unterschiedliche Polpaarzahlen auf.
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Ebenso wie die ersten Getriebeeinheiten 16a', 16b', 16c' weisen auch die dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' jeweils eine Vielzahl an zueinander identischen magnetischen Elementen 36' auf. Die dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' weisen jeweils eine Struktureinheit 42' auf. Die dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' unterscheiden sich hinsichtlich einer Anzahl von zueinander identischen magnetischen Elemente 36', welche an den Struktureinheiten 42' der dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' angeordneten sind. Eine Magnetisierungsrichtung der jeweiligen magnetischen Elemente 36' der dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' ist hier symbolisch jeweils durch einen Pfeil dargestellt. Durch die unterschiedliche Anzahl von magnetischen Elementen 36' weisen die dritten Getriebeeinheiten 28a', 28b', 28c' unterschiedliche Polpaarzahlen auf.
