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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spaltrohrmotor mit einem drehbaren Rotor, der radial innerhalb eines gehäusefesten Stators angeordnet ist, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Spaltrohr angeordnet ist, welches einen rotorseitig angeordneten Nassbereich von einem statorseitig angeordneten Trockenbereich trennt. Ferner betrifft die Erfindung auch eine(n) Aktor(einheit) nach Art eines modularen Kupplungsaktors (MCA) oder eines elektrischen Pumpenaktors (EPA) mit einem solchen Spaltrohrmotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Spaltrohrs für einen Spaltrohrmotor.
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Aus dem Stand der Technik sind Spaltrohrmotoren bereits bekannt. So offenbart bspw. die
EP 2 450 575 A1 eine elektromotorische Kfz-Flüssigkeits-Förderpumpe mit einem elektrisch kommutierten Motorstator und einem permanent erregten Motorrotor, wobei ein Spalttopf den Nassbereich mit dem Motorrotor und einem Pumpenrotor von dem den Motorstator aufweisenden Trockenbereich trennt, mit einem ferromagnetischen Flussleitelement und mit einem Hallsensor, der statorseitig beabstandet zum Motorrotor angeordnet ist, wobei das ferromagnetische Flussleitelement in einer Ausnehmung des Spalttopfes angeordnet ist.
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Ein solcher Spalttopf oder auch ein Spaltrohr wird benötigt, um bei gefluteten Motoren die Dichtheit zu erreichen, um den Trockenbereich von dem Nassbereich sauber zu trennen. Solche Spaltrohre sind aus magnetisch nichtleitendem Material, wie bspw. nicht-magnetischer Edelstahl oder Kunststoff, und sind zwischen dem Rotor und dem Stator eingefügt. Die Wandstärke des Spaltrohrs erhöht dadurch den magnetischen Luftspalt und verringert somit den Wirkungsgrad (und die Leistung) des Motors. Jedoch sind Spaltrohre aus ausschließlich ferromagnetischen Materialien, welche den magnetischen Fluss begünstigen würden, ungeeignet, da diese den magnetischen Fluss zwischen Polschuhen des Stators kurzschließen können und die Leistung des Motors deutlich reduzieren.
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Die Begriffe Spalttopf und Spaltrohr sind als synonym anzusehen, da sie die gleiche Funktion erfüllen und sich lediglich in ihrer Geometrie unterscheiden. Unter einem Spalttopf ist hierbei ein topfförmiger Körper zu verstehen, der im Vergleich zu einem Spaltrohr, welches einen überwiegend zylindrischen Körper aufweist, eine Art Boden aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere eine Dichtung mittels eines Spaltrohrs zwischen Rotor und Stator einzufügen, ohne die magnetische Performance (und die Motorleistung) zu verschlechtern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Spaltrohrmotor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Spaltrohr bereichsweise ferromagnetisch und bereichsweise nicht-ferromagnetisch ist.
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Dadurch ist es möglich, den Abstand (Luftspalt) zwischen dem Rotor und dem Stator zu überbrücken, indem ferromagnetische Bereiche dort bereitgestellt werden, wo Magnetfeldlinien von dem Stator in den Rotor übergehen.
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Unter dem Begriff „nicht-ferromagnetisch“ ist eine Permeabilitätszahl µr kleiner gleich 500 zu verstehen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn das Spaltrohr in Umfangsrichtung alternierend ferromagnetische und nicht-ferromagnetische Bereiche aufweist. Diese sind hierbei so angeordnet, dass die nicht-ferromagnetischen Bereiche ein Kurzschließen von Polschuhen des Stators verhindern und die ferromagnetischen Bereiche den durch das Spaltrohr entstehenden Luftspalt zwischen Rotor und Stator überbrücken.
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Ein Polschuh ist ein Bauteil aus einem Material mit hoher Permeabilität, z.B. aus Eisen. Er dient dazu, die magnetischen Feldlinien eines Permanentmagneten oder einer Wicklung in einer definierten Form heraustreten zu lassen und zu verteilen. Die Polschuhe sind an dem Stator angeordnet, bzw. integral (einstückig) mit diesem ausgebildet.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Spaltrohr aus einem Material ausgebildet ist, welches je nach Art der vorherigen Behandlung bzw. Bearbeitung entweder ferromagnetische oder nicht-ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Durch Verwendung eines solchen Materials kann das Spaltrohr einteilig und einmaterialig ausgebildet sein, wodurch Kosten in der Herstellung des Spaltrohrs aufgrund von aufwendigem verbinden mehrerer Materialien miteinander eingespart werden. Hierzu eignet sich bspw. das Tiefziehverfahren, bei dem das sich das Materialgefüge bei (zu) starker Umformung verändert. Beispiele für solche Materialien sind unter anderem X2CrMoSiS und X2CrNi12.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn sich die ferromagnetischen Bereiche in Längsrichtung des Spaltrohrs, vorzugsweise nicht durchgängig, erstrecken. Durch die Unterbrechung der ferromagnetischen Bereiche in der Längsrichtung, wird verhindert, dass Wirbelstromverluste erzeugt werden, wie es der Fall wäre, wenn sich die ferromagnetischen Bereiche in Längsrichtung durchgängig erstrecken würden.
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Weiter von Vorteil ist es hierfür, wenn die ferromagnetischen Bereiche so angeordnet sind, dass sie einer Position eines jeweiligen Polschuhs des Stators entsprechen. Dadurch wird der Magnetfluss zwischen dem Stator und dem Rotor an dieser Stelle nicht erschwert, sondern unterstützt, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert werden kann.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die ferromagnetischen Bereiche in Umfangsrichtung gesehen eine konstante Breite aufweisen. Diese ist vorzugsweise insbesondere von der Breite (in Umfangsrichtung) der Polschuhe abhängig.
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Um ein Kurzschließen der Polschuhe zu verhindern bzw. zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die nicht-ferromagnetischen Bereiche derart ausgelegt bzw. angeordnet sind, dass sie in Umfangsrichtung beidseitig bündig mit jeweils einem benachbarten Polschuh abschließen / anliegen. Dadurch gibt es eine klare Trennung der, vorzugsweise zueinander benachbarten, Polschuhe, wodurch verhindert werden kann, dass die Magnetfeldlinien ausschließlich durch den Stator und das Spaltrohr verlaufen und sich anschließend wieder schließen, wodurch sie nicht zur Drehmomentbildung beitragen würden.
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Generell ist es denkbar, die ferromagnetischen Bereiche zu maximieren, um den Wirkungsgradverlust des Motors so gering wie möglich zu halten, und die nicht-ferromagnetischen Bereiche auf ein Minimum zu reduzieren. Hierbei ist darauf zu achten, dass es zu keinem Kurzschließen der Magnetfeldlinien kommen darf. Dies kann bspw. dadurch sichergestellt werden, indem darauf geachtet wird, dass in dem Spaltrohr der radiale Widerstand (d.h., der Widerstand für die Feldlinien in radialer Richtung) kleiner ist als der tangentiale Widerstand (d.h., der Widerstand für die Feldlinien in tangentialer Richtung, also der Umfangsrichtung).
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Für die Auslegung eines Polschuhs ist es von Vorteil, wenn ein Polschuh in Umfangsrichtung gesehen zumindest doppelt so groß bis zehnmal so groß ist wie eine Lücke zwischen zwei zueinander benachbarten Polschuhen, vorzugsweise viermal so groß.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Breite in Umfangsrichtung der nicht-ferromagnetischen Bereiche wenigstens doppelt so groß ist wie die Dicke in Radialrichtung und maximal viermal so groß, vorzugsweise dreimal so groß.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn wenigstens einer der ferromagnetischen Bereiche des Spaltrohrs zumindest einen der Polschuhe so ergänzt, dass magnetische Feldlinien um einen Wicklungsabschnitt zwischen den Polschuhen gezielt herum geleitet sind. Dadurch kann trotz Einsatz eines Spaltrohrs eine Vergrößerung des benötigten Bauraums vermieden werden, da das Spaltrohr einen Teil des Polschuhs ersetzt und an dessen Position angeordnet werden kann. Somit ergibt sich eine Erhöhung der Leistungsdichte bei einer Anwendung mit Spaltrohr, d.h. eine Verkleinerung des Bauraums bei gleicher Leistung bzw. eine höhere Leistung bei gleichem Bauraum.
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Beispielsweise können die Feldlinien in Richtung der nicht-ferromagnetischen Bereiche, insbesondere in Umfangsrichtung, geleitet werden. Somit kann die Wirkung der elektromagnetischen Kraft im bestromten Zustand durch die geeignete Führung der Feldlinien vergrößert werden.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn Zahnflanken eines die Form des Polschuhes vorgebenden Zahns im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und/oder dass der Polschuh hinterschnittfrei ausgebildet ist. Das heißt, dass der Polschuh die Wicklung radial innen nicht oder nur unwesentlich hintergreift bzw. umgreift. Somit wird ein Wickelprozess erleichtert, da die Öffnung zum Wickeln größer wird und dadurch die Motoren, die bisher in Einzelzahnbauweise bzw. Panzerketten-Technologie aufgebaut sind, als Vollschnitt gefertigt werden können.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Wicklung in einer Nut zwischen den Zähnen eingesetzt ist, wobei die Nut vorzugsweise auf der radialen Innenseite eine Öffnung besitzt. Dadurch kann die Wicklung von radial innen in die Hohlräumen zwischen den Zähnen eingebracht werden.
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Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Öffnung in Umfangsrichtung gemessen breiter ist als die Erstreckung der nicht-ferromagnetischen Bereiche des Spaltrohrs in Umfangsrichtung gemessen. Das heißt, dass die ferromagnetischen Bereiche des Spaltrohrs zumindest einen Teil der Öffnung in Umfangsrichtung überdecken. Somit wird bei nicht-angebrachtem Spaltrohr ein Wickelprozess erleichtert, da die Öffnung groß ausgebildet ist, und bei angebrachtem Spaltrohr werden die Feldlinien in geeigneter Weise in Umfangsrichtung geführt. Es kann also eine Lösung bereitgestellt werden, die optimiert ist sowohl hinsichtlich des Wickelprozesses als auch hinsichtlich der Leistung.
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Zusätzlich ist es günstig, wenn der radial innere Bereich, also ein unterer Teil, des Polschuhs/Zahns/Zahnfußes durch das Spaltrohr gebildet ist. Dadurch kann Bauraum bei gleichbleibender Leistung eingespart werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Ansatz des Zahns durch Stanzpaketieren ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann der Ansatz des Zahns dadurch schichtweise mit aufgebaut werden.
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Die Geometrie des Polschuhs und des Spaltrohrs, das einen Teil des Polschuhs ersetzt bzw. den Polschuh vervollständigt, kann je nach Anforderung unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise führt ein kleinerer Abstand zwischen den Polen zu einem geringeren Rastmoment, wobei jedoch die Leistung aufgrund eines größeren Streuflusses abnimmt.
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Ferner betrifft die Erfindung auch einen Aktor nach Art eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher insbesondere ein modularer Kupplungsaktors (MCA) sein kann, oder eines elektrischen Pumpenaktors (EPA) mit einem Spaltrohrmotor, vorzugsweise einer, der geflutet ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche (etwa zum Antreiben einer Spindel, welche eine Verschiebung / Positionierung eines Betätigungshebels bewirkt).
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Alternativ könnte auch die Spindel des Aktors axial fest sein und die Spindelmutter mit dem Kolben gekoppelt sein. Die Spindelmutter wäre dann drehgesichert, so dass eine Rotation der Spindel in einer Axialbewegung der Spindelmutter resultieren würde. Unter dem Begriff hydrostatischer Kupplungsaktor sind dabei die beiden Arten mit axial beweglicher Spindel und auch mit axial beweglicher Spindelmutter zu verstehen. Bevorzugt ist ein Aufbau mit drehfester/drehgesicherter Spindelmutter, welche rotativ angetrieben wird und so mit der Spindel gekoppelt ist, dass hieraus eine Axialbewegung der Spindel resultiert.
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In dem hier geschilderten Zusammenhang ist zunächst das charakteristische Merkmal des modularen Kupplungsaktors darin zu sehen, dass der Kolben mit einer axial beweglichen Spindel gekoppelt ist. In Weiterbildungen kann der der modulare Kupplungsaktor auch dadurch beschrieben werden, dass er ausgehend von der Spindel mit unterschiedlichen Strukturen verbindbar ist. Insbesondere kann der modulare Kupplungsaktor auch Verbindungselemente, wie Flansche zur Verbindung des Kupplungsgehäuses mit anschließenden Getriebeelemente bzw. eines anschließenden Getriebegehäuses, bzw. anschließenden Hydraulikelementen oder Bauteilen, bzw. entsprechenden Gehäusen ausgestattet sein. Beispielsweise kann ein solcher Aktor auch in Benzinpumpen und/oder in Heizungspumpen eingesetzt werden.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Spaltrohrs für einen Spaltrohrmotor, wobei ein Material für das Spaltrohr derart gewählt wird, dass es nicht-ferromagnetische Eigenschaften besitzt und danach so bearbeitet wird, dass Bereiche, die auch als Magnetfeldverbindungsbereiche bezeichnet werden können, mit ferromagnetischen Eigenschaften gezielt eingebracht werden. Alternativ kann das Verfahren auch umgekehrt verlaufen. Das heißt, dass das Material zu Beginn ferromagnetische Eigenschaften aufweist und anschließend so bearbeitet wird, dass Bereiche mit nicht-ferromagnetischen Eigenschaften gezielt eingebracht werden.
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Die gezielt eingebrachten ferromagnetischen Bereiche können in der Nachbarschaft zu den Orten eingebracht werden, an denen im Spaltrohrmotor (bspw. radial außerhalb dazu) Polschuhe vorhanden sind. Vorzugsweise erstrecken sich diese Bereiche über die gesamte Axiallänge des Spaltrohrs, wobei die Bereiche in dieser Richtung vorzugsweise unterbrochen sind und nicht durchgängig verlaufen.
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Beispiele für die Behandlung des Materials sind unter anderem die Erwärmung des ferromagnetischen „Ausgangsmaterials“, bspw. mittels eines Lasers, wobei die Erwärmung dazu führt, dass sich das Materialgefüge entspannt und dadurch nicht-ferromagnetisch wird, und/oder Druckaufbringung, wobei hierbei das „Ausgangsmaterial“ nicht-ferromagnetisch ist und sich das Materialgefüge durch die Druckaufbringung derart ändert, dass das Material in den Bereichen der Druckaufbringung anschließend ferromagnetische Eigenschaften aufweist. Beispiele für Druckaufbringungsverfahren sind unter anderem rollieren und/oder radial pressen.
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Weiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn als Ausgangsmaterial ein Edelstahl verwendet wird, der die entsprechenden Eigenschaften aufweist. Das Ausgangsmaterial wird zunächst in eine Rohrform gebracht, wobei die nicht-ferromagnetischen bzw. die ferromagnetischen Eigenschaften beibehalten werden. Anschließend wird das Rohr in seiner Endform derart bearbeitet, dass die ferromagnetischen bzw. nicht-ferromagnetischen Bereiche erzielt werden.
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Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass ein Spaltrohr mit verschiedenen Bereichen (ferromagnetisch und nicht ferromagnetisch) zu erstellen und lagerichtig in den Motorluftspalt einzubauen. Somit wird eine Dichtung mittels Spaltrohr zwischen Rotor und Stator eingefügt, ohne die magnetische Performance zu verschlechtern.
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Man kann also auch sagen, dass das Spaltrohr zwischen Rotor und Stator bereichsweise ferromagnetisch und bereichsweise nicht-ferromagnetisch ist. Die ferromagnetischen Bereiche können, z.B. durch Umformungen oder Druckausübungen erreicht werden. Die ferromagnetischen und nicht-ferromagnetischen Bereiche wechseln sich in Umfangsrichtung ab.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:
- 1 eine detaillierte Teilansicht eines Spaltrohrmotors in einer Querschnittansicht in einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine detaillierte geschnittene Teilansicht des Spaltrohrmotors in einer Draufsicht mit eingezeichneten magnetischen Feldlinien;
- 3 eine Detailansicht III aus 2 zur Verdeutlichung der kurzgeschlossenen magnetischen Feldlinien;
- 4 eine Längsschnittansicht eines Teilbereichs des Spaltrohrmotors;
- 5 eine perspektivische Schnittansicht eines modularen Kupplungsaktors mit einem Spaltrohrmotor;
- 6 eine detaillierte Teilansicht des Spaltrohrmotors in einer Querschnittsansicht in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 7 eine detaillierte Teilansicht des Spaltrohrmotors in einer Querschnittsansicht in einem dritten Ausführungsbeispiel; und
- 8 eine detaillierte Teilansicht des Spaltrohrmotors in einer Querschnittsansicht in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.
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1 zeigt eine detaillierte Teilansicht eines Spaltrohrmotors 1 in einer Querschnittdarstellung. Der Spaltrohrmotor 1 weist einen Rotor 2, einen Stator 3 und ein Spaltrohr bzw. einen Spalttopf 4 auf. Der Rotor 2 ist radial innerhalb des Stators 3 drehbar angeordnet. Der Stator 3 ist drehfest mit einem Gehäuse 5 (siehe 5) verbunden.
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Der Stator 3 weist in seinem Inneren Hohlräume 6 auf, in denen gewickelte Drähte (nicht dargestellt) aufgenommen sind. Zwischen den Hohlräumen 6 sind sogenannte Polschuhe 7 angeordnet, welche aus einem Material mit hoher Permeabilität ausgebildet sind. Der Rotor 2 weist über seinen Umfang, dem Stator 3 zugewandt angeordnete Magnete 8 auf. Zwischen den Polschuhen 7 des Stators 3 und den Magneten 8 des Rotors 2 bildet sich im Betrieb des Motors 1 ein Magnetfeld aus, wobei sich die Feldlinien F, wie in 2 angedeutet, von dem Stator 3 durch einen ersten Polschuh 7 in einen ersten Magneten 8 und über den Rotor 2 durch einen zweiten Magneten 8 und einen zweiten Polschuh 7 zurück in den Stator 3 ausbilden. Mithilfe eines solchen Magnetfeldes ist es möglich, ein Drehmoment auszubilden.
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Der hier beispielhaft gezeigte Spaltrohrmotor 1 ist ein sogenannter „gefluteter Motor“, bei dem sich der Rotor 2 in einem Nassbereich befindet, während der Stator 3 in einem Trockenbereich angeordnet ist. Um den Nassbereich und den Trockenbereich voneinander zu trennen, ist zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 das Spaltrohr 4 angeordnet, welches als Dichtung dient.
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Aufgrund der Notwendigkeit des Spaltrohrs 4, entsteht zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3 ein Luftspalt 9, in dem das Spaltrohr 4 angeordnet ist. Dieser Luftspalt 9 stellt für die magnetischen Feldlinien F einen Widerstand dar, der die Effizienz des Spaltrohrmotors 1 reduziert.
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Das Spaltrohr 4 weist sowohl ferromagnetische Bereiche 10 als auch nicht-ferromagnetische Bereiche 11 auf, die in der Umfangsrichtung des Spaltrohrs 4 alternierend angeordnet sind (siehe 1 und 2). Die ferromagnetischen Bereiche 10 „überbrücken“ den Luftspalt 9 und dienen somit der Wirkungsgradsteigerung bzw. der Effizienz des Spaltrohrmotors 1, da diese Bereiche für die Feldlinien F keinen Widerstand darstellen. Die nicht-ferromagnetischen Bereiche 11 sind notwendig, damit es nicht zu einem Feldlinienkurzschluss (siehe 2 und 3) kommt. Bei einem solchen Kurzschluss verläuft die Feldlinie F von dem Stator 3 durch einen ersten Polschuh 7 in den ferromagnetischen Bereich 10 des Spaltrohrs 4 und von dort über einen zweiten Polschuh 7 zurück in den Stator 3. Somit verläuft eine solche Feldlinie F nicht durch den Rotor 2 und/oder einen seiner Magneten 8 und kann somit kein Drehmoment bewirken.
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In 1 und 2 ist gut zu erkennen, dass in den Hohlräumen 6 ein Einsatz 12 bzw. eine Umspritzung 13 vorhanden ist, welcher dazu dient, scharfe Kanten zu vermeiden und somit die darin gewickelten Drähte zu schützen.
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Das Verhältnis der Erstreckung in Umfangsrichtung zwischen den ferromagnetischen Bereichen 10 und den nicht-ferromagnetischen Bereichen 11 soll generell einer Maximierung der ferromagnetischen Bereiche 10 dienen, da diese Bereiche die Effizienz des Spaltrohrmotors 1 verbessern. Jedoch ist darauf zu achten, dass in dem Spaltrohr 4 der radiale Widerstand (d.h., der Widerstand für die Feldlinien in radialer Richtung) kleiner ist als der tangentiale Widerstand (d.h., der Widerstand für die Feldlinien in tangentialer Richtung, also der Umfangsrichtung). Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich die Feldlinien nicht kurzschließen.
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4 zeigt eine Längsschnittansicht eines Teilbereichs des Spaltrohrmotors 1, der in einem modularen Kupplungsaktor (MCA) 16 (siehe auch 5) eingebaut ist. In dieser Abbildung ist gut zu erkennen, dass der Stator 3 aus mehreren geschichteten bzw. gestapelten Blechen 14 aufgebaut ist, die mit einer Kunststoffumspritzung 15 versehen sind, um Wirbelstromverluste, die zwischen den geschichteten Blechen 14 auftreten, zu minimieren. Ebenfalls ist aus dieser Figur gut zu entnehmen, dass das Spaltrohr 4 topfähnlich ausgebildet ist.
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Ein solcher Spaltrohrmotor 1 wird beispielsweise in dem modularen Kupplungsaktor 16 eingebaut, um dort einen Spindeltrieb 17 anzutreiben. Der Spindeltrieb 17 bewegt eine Dichtung 18, die dadurch in Richtung eines Hochdruckraums 19 bewegt wird, wodurch in dem Hochdruckraum 19 ein darin vorhandenes Medium zur Druckerzeugung komprimiert wird.
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Alternativ kann ein solcher Spaltrohrmotor 1 auch in einem elektrischen Pumpenaktor (EPA) oder anderen Aktoren mit sogenannten „gefluteten Motoren“ eingesetzt werden.
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Um radialen Bauraum einzusparen ist es darüber hinaus möglich, die Geometrie der Polschuhe 7 (siehe 1 und 2) derart zu verändern, dass auf den sich radial nach Innen und an das Spaltrohr 4 angrenzenden Bereich verzichtet wird und dieser quasi durch die ferromagnetischen Bereiche 10 des Spaltrohrs 4 „ersetzt“ werden. Dadurch kann in radialer Richtung Bauraum eingespart werden.
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Um das Spaltrohr 4 mit den ferromagnetischen Bereichen 10 und den nicht-ferromagnetischen Bereichen 11 herzustellen, wird ein Material verwendet, welches je nach Bearbeitung sowohl ferromagnetische als auch nicht-ferromagnetische Eigenschaften aufweisen kann. Es ist hierbei zu beachten, dass das Material in diesem Zusammenhang bereits mit einer Permeabilitätszahl von µr < 500 als nicht-ferromagnetisch gilt.
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Aus einem solchen Material wird das Spaltrohr 4 zunächst in eine rohr- oder topfähnliche Form gebracht. Dies kann vorzugsweise mittels Tiefziehen erfolgen. Hierbei weist das Material lediglich eine Eigenschaft bezüglich der magnetischen Leitfähigkeit, nämlich ferromagnetisch oder nicht-ferromagnetisch, auf. Anschließend wird das Material so bearbeitet, dass - ausgehend von einem nicht-ferromagnetischen Zustand des Materials - nun gezielt ferromagnetische Bereiche 10 eingebracht werden, indem das Materialgefüge in dem gewünschten Bereich durch Druckaufbringung, bspw. durch rollieren oder radial pressen, derart verändert wird, dass die gewünschten Bereiche nach dieser Bearbeitung ferromagnetische Eigenschaften aufweisen.
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Bei ersten Versuchen hat sich hierbei gezeigt, dass es von großem Vorteil ist, wenn sich die ferromagnetischen Bereiche in Längsrichtung bzw. Axialrichtung des Spaltrohrs 4 über die gesamte Länge des Spaltrohrs 4 erstrecken, jedoch in dieser Richtung immer wieder unterbrochen sind und nicht kontinuierlich bzw. durchgehend ausgebildet sind. Durch diese Unterbrechungen können Wirbelstromverluste vermieden werden.
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Alternativ, wenn von dem Material mit ferromagnetischen Eigenschaften als „Startzustand“ ausgegangen wird, werden die nicht-ferromagnetischen Bereiche 11 nach der Formgebung durch bspw. Tiefziehen, eingebracht. Dies kann bspw. mittels gezielter Wärmeeinbringung (über z.B. einen Laser) umgesetzt werden. Die Wärme führt dazu, dass sich das Material wieder entspannt und sich somit das Gefüge derart ändert, dass es in seinen nicht-ferromagnetischen Zustand zurückkehrt.
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6 bis 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des Spaltrohrmotors 1 mit dem Spaltrohr 4 zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 3. Dabei weisen die Polschuhe 7 jeweils einen Zahn 20 und einen radial innen an den Zahn 20 anschließenden Zahnfuß 21 auf. Zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen 20 ist jeweils einer der Hohlräume 6 ausgebildet. Drähte (nicht dargestellt) werden in einem Wickelprozess in Umfangsrichtung um die Zähne 20 gewickelt und sind demnach in den Hohlräumen 6 angeordnet.
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Der Zahn 20 weist eine konstante Breite in Umfangsrichtung gemessen auf. Von einem radial inneren Ende des Zahns 20 erstreckt sich ein Abschnitt des Zahnfußes 21 in Umfangsrichtung nach außen. Die Breite des Zahnfußes 21 in Umfangrichtung nimmt also nach radial innen zu. An dem radial inneren Ende des Zahnfußes 21 erstreckt sich ein Abschnitt des Zahnfußes 21 mit kontanter Breite in Umfangsrichtung nach radial innen. Der Zahnfuß 21 weist also einen Ansatz, der sich in Umfangsrichtung verbeitert, und einen unteren Abschnitt mit konstanter Breite, der durch den Ansatz mit dem Zahn 20 verbunden ist, auf.
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Das Spaltrohr 4 ist in den in 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen so angeordnet, dass es nicht wie in dem in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel radial innen an dem Zahnfuß 21 anschließt, sondern den Zahnfuß 21 bzw. den Zahn 20 vervollständigt, d.h. einen Teil oder den gesamten Zahnfuß 21 ersetzt, um die Feldlinien zu führen. Dabei ist der Teil des Spaltrohrs 4, der den Zahnfuß 21 ersetzt, als ferromagnetischer Bereich 10 ausgebildet, um die Flussleiteigenschaft des Polschuhs 7 ersetzen zu können.
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In dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils der untere Teil des Zahnfußes 21 durch die ferromagnetischen Bereiche 10 des Spaltrohrs 4 ausgebildet. Das heißt, dass der Ansatz durch den Zahnfuß 21 ausgebildet ist und das Spaltrohr 4 daran befestigt ist. In die Hohlräume 6 mündende Öffnungen zwischen den Zähnen 20 werden von den nicht-ferromagnetischen Bereichen 11 des Spaltrohrs 4 in Radialrichtung verschlossen bzw. bedeckt.
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In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils der untere Teil des Zahnfußes 21 sowie ein Teil des Ansatzes durch die ferromagnetischen Bereiche 10 des Spaltrohrs 4 ausgebildet. Ein oberer Teil des Ansatzes des Zahnfußes 21, der auch als Ansatz des Zahns 20 bezeichnet werden kann, wird noch zusammen mit dem Zahn 20 durch Stanzpaketieren ausgebildet. Das Spaltrohr 4 schließt direkt radial innen an die Umspritzung 13 der Zähne 20 an.
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In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl der untere Teil des Zahnfußes 21 als auch der vollständige Ansatz des Zahnfußes 21 durch die ferromagnetischen Bereiche 10 des Spaltrohrs 4 ausgebildet. Dabei stehen die ferromagnetischen Bereiche 10 in Umfangsrichtung hervor, so dass sie einen Teil der Öffnungen bzw. der Hohlräume 6 überdecken. Bei noch nicht angebrachtem Spaltrohr 4 ist demnach eine besonders große Öffnung für den Wickelprozess vorhanden. Die Öffnung besitzt eine Breite b in Umfangsrichtung, die größer ist als die Breite der nicht-ferromagnetischen Bereiche 10 in Umfangsrichtung
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Eine Erstreckungslänge in Radialrichtung bzw. Dicke des Spaltrohrs 4 ist in den 6 bis 8 lediglich schematisch, also nicht maßstäblich, dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spaltrohrmotor
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Spaltrohr bzw. Spalttopf
- 5
- Gehäuse
- 6
- Hohlraum
- 7
- Polschuh
- 8
- Magnet
- 9
- Luftspalt
- 10
- ferromagnetischer Bereich
- 11
- nicht-ferromagnetischer Bereich
- 12
- Einsatz
- 13
- Umspritzung
- 14
- Blech
- 15
- Kunststoffumspritzung
- 16
- modularer Kupplungsaktor
- 17
- Spindeltrieb
- 18
- Dichtung
- 19
- Hochdruckraum
- 20
- Zahn
- 21
- Zahnfuß
- F
- magnetische Feldlinie
- b
- Breite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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