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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie ein Herstellverfahren für einen Rotor.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Rotoren für Elektromotoren bekannt, welche dazu dienen, ein durch elektromagnetische Kräfte erzeugtes Drehmoment zu übertragen. Diese Rotoren sind üblicherweise in einem Gehäuse gelagert und weisen Aufnahmen oder Befestigungsmöglichkeiten für Wicklungen von Elektromagneten oder für Permanentmagnete auf.
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Von Elektromotoren wird bei vielen Anwendungen eine hohe Dynamik verlangt. Weiterhin sollen die Rotoren stabil und leicht zu fertigen sein.
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Aus der
DE 101 263 40 A ist ein Rotor bekannt, welcher Sekanten-artig angeordnete Stege aufweist, welche einen Außenmantel des Rotors mit einem Innenteil des Rotors verbinden. Allerdings ist die Gewichtsersparnis begrenzt und die Montage unter Umständen aufwendig.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, aus dem Stand der Technik bekannte Rotoren zu verbessern oder ein Herstellverfahren für einen verbesserten Rotor anzugeben. Insbesondere ist es auch Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für einen Elektromotor mit hoher Dynamik bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird mit einem Rotor nach dem Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung eines Rotors nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, mit einem Außenmantel zur Aufnahme von Magneten, und einer innerhalb des Außenmantels angeordneten dreidimensionalen Gitterstruktur.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors in einer der hierin beschriebenen typischen Ausführungsformen mit Bereitstellen eines Trägers; Aufbringen einer Schicht eines Metallpulvers auf dem Träger; Sintern vorbestimmter Bereiche der Schicht des Metallpulvers; mehrmaliges Wiederholen der beiden vorherigen Schritte, wobei die Bereiche gewählt werden, um eine Struktur entsprechend des Rotors zu schaffen, und Entnehmen der Struktur aus dem Träger.
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Typische Rotoren von Ausführungsformen umfassen einen Außenmantel zur Aufnahme von Magneten. Typische Rotoren weisen an dem Außenmantel angeordnete Magnete auf, beispielsweise mittels Hinterschneidungen gehaltene Magnete. Die Hinterschneidungen können auch als Schwalbenschwänze zur Aufnahme der Magnete bezeichnet werden. Bei weiteren Ausführungsformen sind Magnete eingegossen in eine Kunststoffumspritzung. Eine weitere Möglichkeit ist, Magnete aufzukleben. Typische Magnete können Permanentmagnete oder Elektromagnete, beispielsweise gebildet durch Spulen, sein.
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Typische Ausführungsformen umfassen eine dreidimensionale Gitterstruktur, welche innerhalb des Außenmantels angeordnet ist. Dabei bedeutet dreidimensional typischerweise, dass die Gitterstruktur dreidimensional definiert ist, im Unterschied beispielsweise zu zweidimensional definierten Strukturen, welche sich in der dritten Dimension, beispielsweise in axialer Richtung lediglich erstrecken. Ein Beispiel für eine solche zweidimensionale Form, welche nicht einer dreidimensionalen Gitterstruktur entspricht, ist beispielsweise eine Wabenstruktur, welche über axial sich erstreckende Waben verfügt. Typischerweise ist zur Beschreibung der dreidimensionalen Gitterstruktur ein dreidimensionales Koordinatensystem erforderlich. Typische dreidimensionale Gitterstrukturen weisen eine Struktur auf, welche sich in einem dreidimensionalen Koordinatensystem in allen Raumrichtungen verändert.
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Typische Gitterstrukturen von Ausführungsformen umfassen zumindest eine oder eine Kombination der folgenden Strukturen: kubisch-flächen-zentriert, kubisch-raum-zentriert, rhombisch-flächen-zentriert, rhombisch-raum-zentriert, triklin, gegebenenfalls ebenfalls raum-zentriert bzw. flächen-zentriert, sowie tetragonal-raum-zentriert, Tetraedergitter, hexagonal oder weitere Gitterstrukturen, welche ein dreidimensionales Fachwerk bilden. Bevorzugt werden Gitterstrukturen von Ausführungsformen die zumindest eine oder eine Kombination der folgenden Strukturen umfassen: kubisch-flächen-zentriert, kubisch-raum-zentriert, rhombisch-flächen-zentriert, rhombisch-raum-zentriert.
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Typische Ausführungsformen umfassen eine Gitterstruktur mit einer Kombination aus flächen-zentriertem und raum-zentriertem Gitter, wobei in einer Elementarzelle eines solchen Gitters sowohl ein flächen-zentriertes als auch ein raum-zentriertes System vorhanden ist. Dies bietet eine besondere Steifigkeit. Typische Ausführungsformen umfassen eine Kombination aus einem rhombisch-flächen-zentrierten mit einem rhombisch-raum-zentrierten Gitter, weitere typische Ausführungsformen umfassen eine Kombination mit kubisch-flächen-zentriertem und kubisch-raum-zentriertem Gitter. Letztere Kombination zeigt im Versuch eine besonders hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht zur Verbindung eines Außenmantels mit einem Innenteil eines Rotors einer elektrischen Maschine. Grundsätzlich können einzelne Streben der Gitterstruktur auch schief angeordnet sein, beispielsweise bis zu 10° oder bis zu 5° schief bei einem kubischen Gitter oder einem rhombischen Gitter.
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Typischerweise weist die Gitterstruktur eine radiale Ausdehnung von mindestens zwei, typischerweise mindestens vier Elementarzellen auf. Typische Gitterstrukturen weisen eine maximale radiale Ausdehnung von höchstens 15 oder höchstens 20 oder höchstens 50 Elementarzellen auf. Typische Ausführungsformen umfassen Gitterstrukturen, welche eine axiale Ausdehnung von mindestens zwei oder mindestens vier, bevorzugt mindestens 10, besonders bevorzugt mindestens 15 Elementarzellen, ganz besonders bevorzugt mindestens 20 Elementarzellen aufweisen. Typische Gitterstrukturen weisen eine maximale axiale Ausdehnung von höchstens 150 Elementarzellen oder höchstens 100 oder höchstens 50 Elementarzellen auf.
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Typischerweise entspricht die radiale Ausdehnung der Gitterstruktur mindestens der Dicke des Außenmantels oder mindestens der eineinhalbfachen Dicke des Außenmantels oder mindestens dem zweifachen der Dicke des Außenmantels. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Gewichtsreduktion bei ausreichender Steifigkeit erzielt. Typischerweise ist die Dicke in radialer Richtung eines Innenteils geringer als 30 % der radialen Ausdehnung der Gitterstruktur oder geringer als 20 % der radialen Ausdehnung der Gitterstruktur. Mit der radialen Ausdehnung der Gitterstruktur ist typischerweise die Dicke der Gitterstruktur zwischen einem Innenteil und dem Außenmantel gemeint. Bei typischen Ausführungsformen grenzt die Gitterstruktur unmittelbar an den Außenmantel. Bei typischen Ausführungsformen grenzt das Innenteil unmittelbar an die Gitterstruktur. Bei weiteren Ausführungsformen sind zwischen diesen Elementen weitere, typischerweise ebenfalls einstückig gefertigte, Teile angeordnet.
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Typischerweise sind der Außenmantel und die Gitterstruktur einstückig ausgebildet. Bei typischen Ausführungsformen bilden der Außenmantel und die Gitterstruktur eine monolithische Einheit. Typischerweise werden der Außenmantel und die Gitterstruktur in einem Verfahrensgang hergestellt, beispielsweise in einem Lasersinter-Vorgang oder in einem 3D-Druckvorgang. Bei weiteren Ausführungsformen sind das Innenteil, die Gitterstruktur und der Außenmantel einstückig beziehungsweise monolithisch ausgebildet. Dies wird typischerweise erreicht, indem das Innenteil, die Gitterstruktur und der Außenmantel in einem Arbeitsgang hergestellt werden, beispielsweise in einem Lasersinterverfahren. Auf diese Weise wird die Herstellung vereinfacht und unnötige Schwachstellen werden vermieden.
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Typische Rotoren von Ausführungsformen umfassen ein Innenteil, welches durch die Gitterstruktur mit dem Außenmantel verbunden ist. Typische Innenteile von Ausführungsformen umfassen Öffnungen zum Ermöglichen des Austritts von Restmaterial beim Sintern nach Innen in einen Hohlraum des Innenteils. Typische Innenteile sind als Hohlwelle oder als hohles Rohr ausgestaltet. Typische Innenteile weisen eine zylinderförmige Mantelfläche auf.
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Typische Öffnungen von Innenteilen können über den gesamten Umfang des Innenteils verlaufen, sie können jedoch auch auf bestimmte Bereiche begrenzt sein. Eine umlaufende Öffnung bietet den Vorteil eines besonders einfachen Austritts für überschüssiges Material. Bei typischen Ausführungsformen ist eine umlaufende Öffnung an einem Ende des Innenteils angeordnet. Auf diese Weise genügt es, den Rotor typischerweise in verschieden Positionen gekippt zu halten, um Material herausrieseln zu lassen. Bei weiteren Ausführungsformen sind zumindest zwei Öffnungen vorgesehen. Diese ermöglichen ein Einblasen von Luft in eine der Öffnungen, sodass aus der anderen Öffnung mit Unterstützung der Luft überschüssiges Sintermaterial ausgeblasen wird. Typische Ausführungsformen umfassen beispielsweise eine umlaufende Öffnung an einem axialen Ende des Innenteils und eine weitere umlaufende Öffnung an einem gegenüberliegenden axialen Ende des Innenteils.
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Typischerweise ist der Außenmantel von Ausführungsformen geschlossen ausgeführt. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Stabilität erreicht. Bei weiteren Ausführungsformen sind in dem Außenmantel Öffnungen vorgesehen, beispielsweise um ein Herausrieseln von Material beim Sintern zu ermöglichen.
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Typischerweise weist der Rotor eine Drehachse auf, um welche der Außenmantel konzentrisch beziehungsweise zylinderförmig angeordnet ist. Zwischen dem Innenteil und dem Außenmantel befindet sich bei typischen Ausführungsformen ein konzentrischer Hohlraum mit der Gitterstruktur. Typischerweise sind an den axialen Enden des Außenmantels, der Gitterstruktur und gegebenenfalls des Innenteils axiale Seitenwände angeordnet. Die axialen Seitenwände können typischerweise vollständig geschlossen oder auch mit Öffnungen versehen sein. Die Dicke der Seitenwände entspricht typischerweise mindestens 20% oder mindestens 40% oder höchstens 100% der Dicke des Außenmantels. Bei weiteren Ausführungsformen können weitere axiale Wände angeordnet sein, beispielsweise mittig des Rotors, beispielsweise um einen mittigen Bereich besonders zu stabilisieren.
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Typischerweise ist der Rotor mit einem additiven Verfahren, insbesondere unter Verwendung eines Metallpulvers hergestellt. Auf diese Weise lässt sich der Rotor stabil und sehr genau fertigen.
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Bei Herstellverfahren typischer Ausführungsformen werden aufeinanderfolgend axiale Ebenen endlicher Ausdehnung gesintert. Dabei wird typischerweise zunächst eine erste Schicht unmittelbar auf dem Träger aufgebracht (b) und anschließend selektiv gesintert (c). Anschließend werden weitere Schichten Metallpulver auf die bereits teilweise gesinterten Schichten aus Metallpulver aufgetragen und jeweils selektiv gesintert. Dies entspricht einem nochmaligen Durchlaufen von b) und c), wobei die Schichten dann nicht mehr unmittelbar auf dem Träger aufliegen sondern mit dazwischen liegenden, bereits selektiv gesinterten Schichten. Hierzu wird typischerweise der Träger vor einem Auftragen einer neuen Schicht um eine Schichtdicke nach unten verfahren. Der Träger ist typischerweise allseits durch eine Struktur begrenzt, welche ein seitliches Herausrieseln des nicht gesinterten Metallpulvers verhindert.
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Ausführungsformen bieten den Vorteil eines geringen Gewichts, eines geringen Massenträgheitsmomentes, einer schnellen oder flexiblen Herstellmöglichkeit. Mit der Erfindung ist es möglich, leichtgewichtige Rotoren auch in Kleinserien herzustellen.
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Typischerweise wird zur Herstellung des Rotors ein additives Verfahren insbesondere unter Verwendung eines Metallpulvers verwendet. Additive Verfahren zeichnen sich typischerweise durch ein schichtweises, lokales Schmelzen eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs aus. Typische Ausgangswerkstoffe sind Metallpulver oder Kunststoffgranulate. Ein Beispiel für ein additives Verfahren ist ein selektives Lasersintern eines Metallpulvers.
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Bei typischen Ausführungsformen wird zur Herstellung ein dreidimensionales Druckverfahren (Jet-Verfahren) verwendet, bei welchem sich der Vorteil ergeben kann, dass der Rotor direkt hohl herstellbar ist, jedoch unter Umständen nicht so filigran wie bei einem Verfahren mit Lastersintern.
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Bei typischen Ausführungsformen ist der Rotor, bspw. der Außenmantel und die Gitterstruktur, einstückig gefertigt. Auf diese Weise entsteht ein monolithisches, stabiles Produkt, welches trotz geringen Gewichts sehr steif sein kann.
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Typischerweise werden auch das Innenteil oder gegebenenfalls die Seitenwände einstückig mit dem Außenmantel hergestellt. Bei weiteren Ausführungsformen ist der Rotor aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt, beispielsweise wird das Innenteil in die Gitterstruktur eingesetzt. Auf diese Weise können in der Produktion eine Vielfalt von Rotoren mit wenigen Ausgangsprodukten hergestellt werden.
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Bei typischen Verfahren der Erfindung werden die Schichten in axialer Richtung aufgetragen. Typischerweise ist die Fertigungsrichtung axial bei Verfahren zur Herstellung des Rotors. Auf diese Weise ergeben sich einfache geometrische Zusammenhänge zwischen den Strukturen, beispielsweise können Fertigungsvorgaben in einem Zylinderkoordinatensystem angegeben werden. Bei weiteren Ausführungsformen wird der Rotor in radialer Richtung gefertigt. Auf diese Weise kann der Produktionsprozess unter Umständen beschleunigt werden.
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Bei typischen Verfahren wird zum Sintern ein Laser verwendet. Auf diese Weise kann schnell und genau gesintert werden. Typische Verfahren werden auch als selektives Lasersintern bezeichnet. Typische Laser sind CO2-Laser, Nd:YAG-Laser oder Faserlaser. Bei weiteren Verfahren typischer Anwendungsbeispiele werden andere Sinterverfahren eingesetzt.
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Bei typischen Herstellverfahren entstehen in dem Rotor nur solche Hohlräume, die mit der Außenwelt verbunden sind, da das nicht gesinterte Material auch entnommen werden sollte. Eine Möglichkeit ist ein Herausfallenlassen des Materials. Bei Ausführungsformen wird nicht gesintertes Material ausgeblasen.
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Bei Ausführungsformen ist in zumindest einem axialen Abschnitt des Rotors Material über den vollen Umfang des Außenmantels des Rotors vorhanden. Es gibt in diesem Abschnitt also keine radialen Öffnungen. Dies können Bereiche sein, in denen Lager geplant sind, um eine Passung oder Klemmung zu ermöglichen. Bei weiteren Ausführungsformen ist der gesamte Außenmantel geschlossen ausgeführt. Ein Ausblasen von Material kann beispielsweise durch radiale Öffnungen in dem Innenteil oder durch axiale Öffnungen in den Seitenwänden erfolgen. Typischerweise werden Lagerabschnitte, also Abschnitte, in denen Lager geplant sind, nachbearbeitet, beispielsweise geschliffen. Bei typischen Ausführungsformen ist zumindest eines der folgenden Elemente, falls vorhanden, massiv ausgeführt: Außenmantel, Innenteil des Rotors, Seitenwände. Bei typischen Ausführungsformen kann zumindest ein axialer Abschnitt des Rotors massiv ausgeführt werden. Das bedeutet, dass anstelle der Gitterstruktur Vollmaterial vorgesehen ist. Dies bietet größere Stabilität, bspw. für die Montage eines Gebers.
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Typische Materialien für den Rotor hängen von der Einsatzumgebung ab, wobei bei Säuren, Laugen oder im Lebensmittelbereiche Edelstähle verwendet werden können. Bei besonderen Anforderungen an thermische Ausdehnungen können Invar-Materialien, bei geforderter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Kombination mit hoher Temperaturbelastung können Inconel-Materialien verwendet werden.
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Für Ausführungsformen von Rotoren sind auch Aluminium-Legierungen möglich, bei geforderter magnetischer Leitfähigkeit des Rotors kann wenig oder unlegierter, kohlenstoffhaltiger Stahl und bei hochfesten Rotoren können Titanlegierungen verwendet werden.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass der Rotor magnetisch leitfähig ist. Bei Ausführungsformen, bei denen der Rotor magnetisch nicht leitfähig ist, werden typischerweise laminierte Blechpakete für die Flussleitung in radialer Richtung aufgebracht. Diese Blechpakete des Rotors sind aufgrund der hohen magnetischen Leitfähigkeit nur von einer geringen radialen Ausdehnung und eignen sich auch für hohe Frequenzen, da die entstehenden Verluste gering sind. Wenn der Rotor magnetisch leitfähig ist, so ist der Rotor typischerweise für Anwendungen mit geringen und mittleren Oberwellen, die auf den Rotor wirken, geeignet.
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Der mit beschriebenen typischen Herstellverfahren einstückig gefertigte Rotor stellt noch nicht einen kompletten Rotor für eine elektrische Maschine dar. Dafür ist typischerweise noch das Hinzufügen einer Erregung, z.B. durch das Auf- oder Einbringen von Magneten, bspw. Permanentmagneten oder elektrischen Magneten, und optional von Rotorblechpaketen notwendig. Blechpakete können selbst auf den Rotor aufgebracht werden und dort z.B. durch Kleben oder Klemmen fixiert werden. Falls die Magnete direkt auf den Rotor geklebt werden sollen oder dort in Ausnehmungen eingesetzt werden, wird der Rotor von der Form her typischerweise so auszugestalten, dass eine hinreichend große Fläche mit Klebstoff benetzt werden kann bzw. eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung erreicht wird, so dass eine hinreichend starke Verbindung entsteht. Besondere Vorteile kann ein Aufbringen des Blechpakets auf einen Rotor mit radialen Öffnungen haben.
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Vorteile von Ausführungsformen umfassen unter anderem ein geringes Gesamtgewicht oder eine Möglichkeit zur Messung der Rotortemperatur. Mit Ausführungsformen der Erfindung wird erreicht, dass, bei Motoren, welche Ausführungsformen der Erfindung verwenden und welche in einem Medium wie z.B. Öl oder Luft laufen, den thermischen Widerstand zu verringern, so dass geringere Rotortemperaturen bzw. höhere Motorleistungen möglich sind.
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Bei typischen Herstellverfahren wird jeweils eine Schicht eines Metallpulvers über einen Träger oder später über das teilgefertigte Objekt gebracht und im Anschluss mit einem Laser an dezidierten Stellen gesintert, so dass die Metallpulverpartikel an diesen Stellen sich verbinden und auch eine Verbindung mit darunter liegenden, gesinterten Schichten eingehen. In allen nicht gesinterten Bereichen verbleibt ungesintertes Metallpulver, welches nach dem Herauslösen des vollständigen Werkstücks aus der Struktur für weitere Sinterprozesse zur Verfügung stehen kann.
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Mit den beschriebenen typischen Herstellverfahren lassen sich sehr einfach leichte Rotoren herstellen. Typisch ist eine Herstellung in axialer Richtung, da hierdurch die mechanischen Eigenschaften, wie hohe Zug- und Druckfestigkeit für typische spätere Anwendung sehr gut mit den dabei auftretenden Belastungen übereinstimmen. Bei weiteren Ausführungsformen wird die Welle in radialer Richtung gefertigt, beispielsweise um die Fertigungszeit zu verkürzen.
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Typische Vorteile von Ausführungsformen sind eine hohe Flussdichte zur Reduktion der Rotorstreuung oder eine Verbesserung der magnetischen Anisotropie. Typischerweise wird ein geringes Gewicht erreicht.
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Typische Ausführungsformen weisen eine sehr gute mechanische Festigkeit oder eine sehr gute Druckverteilung auf. Typischerweise lassen sich zumindest 80% oder mindestens 90% oder bis zu 97% oder bis 99% der Kraft einer Vollwelle übertragen.
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Typische Ausführungsformen weisen eine hohe Steifigkeit, die teilweise besser sein kann als bei Vollmaterial, oder eine geringe Massenträgheit auf, so dass eine hohe Dynamik erzielt werden kann.
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Typischerweise ist eine bessere Vorhersage und Reproduzierbarkeit der magnetischen Eigenschaften, insbesondere im Vergleich zu Blechpaketen, erreichbar.
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Typische Verfahren zur Herstellung weisen sehr geringe Fertigungstoleranzen auf. Typischerweise wird eine flexible und schnelle Fertigung, insbesondere geeignet für Kleinserien, erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei die Figuren zeigen:
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1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt einen schematischen Querschnitt die Ausführungsform der 1;
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3 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform der Erfindung;
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4 zeigt in einem schematischen Ablaufdiagramm ein typisches Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung eines Rotors,
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5 zeigte schematisch eine Elementarzelle einer typischen Gitterstruktur von Ausführungsbeispielen.
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Beschreibung typischer Ausführungsbeispiele In der 1 ist in einem schematischen Längsschnitt eine typische Ausführungsform eines Rotors 1 dargestellt.
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Der Rotor 1 umfasst einen konzentrisch um eine Rotationsachse 3 umlaufenden Außenmantel 5. Innerhalb des Außenmantels 5 ist eine Gitterstruktur 7 dargestellt, welche eine Kombination aus einem kubisch-raum-zentrierten und einem kubisch-flächen-zentrierten Gitter darstellt. Dies bedeutet, dass innerhalb einer Elementarzelle sowohl die Gitterachsen des kubisch-raum-zentrierten als auch kubisch-flächen-zentrierten Gitters vorhanden sind. In der 5 ist eine entsprechende Elementarzelle beispielhaft dargestellt.
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In der Darstellung der 1 ist die radiale Ausdehnung der dreidimensionalen Gitterstruktur 7 lediglich eine Elementarzelle. Dies ist beispielhaft zur besseren Übersichtlichkeit gewählt. Typische Ausführungsbeispiele umfassen mindestens zwei Elementarzellen in der radialen Ausdehnungsrichtung.
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Axial wird der Hohlraum, in welchem die Gitterstruktur 7 angeordnet ist, durch axiale Seitenwände 9 und 11 begrenzt. Radial innerhalb der Gitterstruktur 7 ist ein Innenteil 13 angeordnet, welches ebenfalls konzentrisch mantelförmig um die Rotationsachse 3 angeordnet ist. Das Innenteil 13 ist einstückig mit der Gitterstruktur 7, dem Außenmantel 5 sowie den Seitenwänden 9 und 11 ausgebildet.
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Das Innenteil 13 umfasst zwei Öffnungen 15 und 17, welche sich punktsymmetrisch gegenüberliegen, jeweils an axialen Enden der Gitterstruktur 7.
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Bei weiteren Ausführungsformen sind die Öffnungen an den axialen Enden jeweils umlaufend ausgebildet.
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Der Rotor 1 wird durch Lasersintern hergestellt. Nach dem Lasersintern ist es erforderlich, überschüssiges Metallpulver aus dem Hohlraum der Gitterstruktur 7 zu entfernen. Hierzu kann der Rotor gekippt werden, sodass Material aus der Öffnung 17 herausrieselt. Zum Unterstützen kann in die Öffnung 15 Luft eingeblasen werden.
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Das Innenteil 13 weist eine radiale Dicke auf, welche geringer ist als die radiale Dicke des Außenmantels 5, im Ausführungsbeispiel der 1 beträgt die Dicke des Innenteils 50 % der Dicke des Außenmantels 5.
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In der 2 ist ein schematischer Querschnitt durch die Ausführungsform der 1 gezeigt, wobei der Querschnitt etwa mittig des Rotors abgebildet ist. Bei der Beschreibung der 2 werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet und nicht nochmals alle Teile eingehend erläutert.
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Der Außenmantel 5 weist an seiner Außenseite schwalbenschwanz- oder pilz-förmige Ausstülpungen 21 auf, welche jeweils dazu geeignet sind, Magneten, beispielsweise Permanentmagneten, welche axial eingeschoben werden, zu halten.
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In der 3 ist schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführungsform gezeigt, welche einen Rotor 1 entsprechend der Ausführungsform der 1 und 2 umfasst. Wiederum sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht alle nochmals eingehend erläutert.
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In Ausstülpungen 21 des Rotors 1 der 3 sind jeweils Permanentmagnete 31 eingeschoben, welche es ermöglichen, den Rotor 1 als Läufer einer elektrischen Maschine zu verwenden.
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In der 4 ist in einem schematischen Ablaufdiagramm ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Rotors, beispielsweise in einer der Ausführungsformen der 1 und 2, dargestellt.
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Das Verfahren startet mit einem Block 200. Anschließend wird ein Träger bereitgestellt, Block 210. Der Träger kann beispielsweise ein waagrechter Träger sein, welcher auf einer Hubeinrichtung angeordnet ist, mit welcher der Träger nach oben oder unten verfahren werden kann. Der Träger ist allseits seitlich durch eine Führungsstruktur begrenzt, beispielsweise durch einen Zylinder.
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Anschließend wird eine Schicht eines Metallpulvers auf den Träger aufgebracht. Bei typischen Ausführungsformen werden Aluminium-Silizium-Legierungen, wie beispielsweise AlSi12 oder Titan-Legierungen oder Legierungen auf Nickelbasis oder andere Legierungen oder Edel- oder Werkzeugstähle verwendet. Nach Aufbringen des Metallpulvers auf den Träger wird gegebenenfalls überstehendes Metallpulver abgezogen, so dass eine gleichmäßig dicke Schicht Metallpulver auf dem Träger entsteht.
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Anschließend werden vorbestimmte Bereiche der Schicht des Metallpulvers gesintert. Hierzu wird ein Laser eingesetzt, es wird also ein selektives Lasersintern vorgenommen, Block 230. Die vorbestimmten Bereiche entsprechen dem Material des Rotors einschließlich beispielsweise des Außenmantels, der Gitterstruktur und des Innenteils oder der Seitenwände ggf. mit weiteren Elementen in einer bestimmten axialen Ebene, also einer Ebene mit endlicher Ausdehnung, welche senkrecht auf der Achse des Rotors steht. Typischerweise wird an einem Ende des Rotors mit der Produktion durch selektives Lasersintern begonnen.
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Nach Sintern einer ersten Schicht des Metallpulvers wird der Träger um eine Schichtdicke nach unten verfahren, Block 230. Anschließend wird abgefragt, ob der Rotor bereits komplett durch Sintern hergestellt wurde oder ob noch Schichten fehlen, Block 240. Sollten noch Schichten fehlen, wird anschließend wiederum zu Block 220 zurückgesprungen, in welchem eine weitere Schicht Metallpulver auf den Träger aufgebracht wird und abgezogen wird, um eine gleichmäßige Höhe zu erreichen.
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Bei dem anschließenden Sintern, Block 230, wird typischerweise ein gegenüber dem ersten Durchlauf geändertes Muster für den selektiven Sintervorgang verwendet, wobei sich das Muster wiederum an der zu erschaffenden Struktur des Rotors orientiert. In dem Block 230 wird also je nach der zu fertigenden Ebene ein spezielles entsprechendes Muster für das selektive Sintern verwendet.
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Wird im Block 240 hingegen festgestellt, dass der Rotor komplett gesintert ist, springt das Verfahren zu einem Block 250, in welchem die Struktur entnommen wird. Dabei wird überschüssiges, nicht gesintertes Metallpulver durch Drehen der Struktur, also des Rotors, entfernt. Das Metallpulver rieselt einfach heraus. Gegebenenfalls kann beispielsweise mit Druckluft der Rotor noch gereinigt werden.
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Durch das Wählen bestimmter Bereiche für den Sintervorgang beim selektiven Sintern wird erreicht, dass die Struktur dem zu erschaffenden Rotor entspricht, beispielsweise eines Rotors entsprechend der Ausführungsform der 1 und 2. Hierzu wird der Laserstrahl beim Sintern über Ablenkungsspiegel über die Pulverschicht verfahren, so dass sich durch das Sintern die entsprechende Struktur ergibt. Als Laser wird bei dem Ausführungsbeispiel ein CO2-Laser eingesetzt, wobei hier auch andere Laser Verwendung finden können.
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Die 5 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Gitterstruktur 300 als Kombination eines kubisch-raum-zentriert und eines kubisch-flächen-zentriert Gitters, wie sie bei typischen Ausführungsbeispielen wie dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 verwendet wird.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben, welche den Umfang der Erfindung nicht beschränken. Vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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