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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Axialflussmaschine. Axialflussmaschinen werden vermehrt dazu verwendet, eine Stellfläche eines Luftfahrzeugs zu betätigen, wobei der Einsatzzweck nicht hierauf beschränkt ist.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2015 114 041 A1 hierzu einen Faser-Verbund-Kunststoff-Rotor für eine transversalfeld-erregte elektrische Maschine und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rotors. Der Rotor ist insbesondere für eine Transversalfluss-Reluktanzmaschine oder für eine permanentmagnetisch erregte elektrische Maschine vorgesehen, welche einen modularen scheibenförmigen Aufbau des Rotors mit passgenauen Aussparungen für eine zuverlässige Positionierung und Fixierung der magnetischen Funktionselemente sowie deren zuverlässige Fliehkraftsicherung im Randbereich des Faser-Verbund-Kunststoffs gestattet. Die
FR 3 014 255 A1 offenbart ebenfalls einen Rotor mit einer verstärkten Faser-Verbundstruktur, der für eine Axialflussmaschine vorgesehen ist, insbesondere für einen Motor, der ein Elektro-, ein Hybridfahrzeug oder etwas Vergleichbares antreibt. Ferner beschreibt die
DE 10 2017 204 360 A1 einen Rotor für eine permanentmagneterregte Transversalflussmaschine, eine Transversalflussmaschine mit solch einem Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einer Transversalflussmaschine. Die
DE 10 2016 215 701 A1 offenbart wiederum einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine elektrischen Maschine, insbesondere einen Synchronmotor oder einen Asynchronmotor mit einem entsprechenden Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage des Rotors. Zudem beschreibt die
DE 10 2012 013 879 A1 einen Innenläufermotor und insbesondere einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor mit einem Rotor, wobei der Rotor mit einer Welle verbunden ist. Weiterhin offenbart die
DE 10 2018 133 614 A1 einen Motorrotor und einen Motor. Als weitere Beispiele aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang ebenfalls die
DE 10 2010 039 123 A1 sowie die
CN 1 12 787 443 A zu nennen.
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In Flugsteuerungssystemen kommen typischerweise hydraulische Servo-Aktuatoren zum Einsatz. Sie erzeugen eine Fluglageänderung über die Steuerung von hydraulischem Druck in Hydraulikzylindern, welcher letztlich die Betätigung von Steuerflächen (bspw. Seiten-, Quer- oder Höhenruder) eines Luftfahrzeugs ermöglicht. Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung von Flugzeugsystemen werden zu diesem Zweck allerdings zunehmend elektromechanische Stellantriebe (EMAs) eingesetzt.
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Hierbei handelt es sich typischerweise um rotatorische EMAs, deren Drehachse parallel zur Drehachse der Steuerklappe bzw. Steuerfläche ist. Über eine Hebelkinematik wird dann das Drehmoment auf die Klappe umgelenkt. Zusätzlich werden anstelle von Hydraulikzylindern auch linear betätigte EMAs verwendet.
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Der wesentliche Vorteil an der Verwendung von Axialflussmaschinen ist, dass durch deren Einsatz auf das in herkömmlichen elektrischen Antrieben erforderliche Untersetzungsgetriebe verzichtet werden kann. Die dadurch reduzierte Komplexität bzw. Fehleranfälligkeit ermöglicht eine elektromechanische Ansteuerung von sicherheitskritischen Stellelementen in Luftfahrzeugen, da ein Klemmen im Pfad der Kraftübertragung ausgeschlossen werden kann und sich damit auf Flugzeugebene einfache Systemarchitekturen ergeben. Gleichzeitig entfallen die bei Getrieben typischen Probleme des Verschleißes bzw. der Wartung/Schmierung.
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Das Problem der Komplexität und der Fehlerwahrscheinlichkeit von elektromechanischen Stellantrieben reduziert sich wesentlich, wenn -wie mit Axialflussmaschinen möglich- auf eine Getriebeübersetzung verzichtet werden kann. Bei einem solchen Direktantrieb (direct-drive Prinzip), muss jedoch die erforderliche Ausgangslast direkt vom Motor (Single- oder Multistack) aufgebracht werden. Für solche Anwendungen bietet die Axialflussmaschine gegenüber konventionellen Motorbauweisen (typischerweise in Form von Radialflussmaschinen) eine höhere Drehmomentdichte, d.h. mit ihr lässt sich bei vergleichbarer Motormasse ein höheres Antriebsmoment erzeugen.
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Darüber hinaus ist es ein wesentlicher Vorteil, wenn eine Axialflussmaschine kompakte Abmessungen aufweist, ein geringes Gewicht aufweist und auf einfache Art und Weise hergestellt werden kann. Insbesondere im Luftfahrtbereich ist es von Vorteil, wenn die Dimensionen eines Stellantriebs (beispielsweise verkörpert durch eine Axialflussmaschine) gering ausfallen und leicht ist, da dann besonders wenige Einschränkungen in Bezug auf deren Einsatzort vorliegen. Somit ist es dann beispielsweise möglich diese Axialflussmaschinen auch in besonders engen Raumverhältnissen in dem Flügelbereich eines Luftfahrzeugs anzuordnen.
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So ist es typischerweise problematisch, dass bei herkömmlich bekannten Axialflussmaschinen die Fixierung des Stators auf metallische Verbindungselemente zurückgreift, die zum Befestigen eines Rückschlussblechs sowie der darauf aufgestockten Spulenkörper dienen. Hieraus ergibt sich ein zusätzlicher Sicherungsaufwand der Verbindungselemente sowie eine sehr hohe Toleranzanforderung an die Einzelteile. Zudem ist es wünschenswert, den Stator gegen unterschiedliche Umwelteinflüsse, beispielsweise Vibration oder das Eindringen von Flüssigkeiten oder Schmutzpartikeln zu schützen.
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Ähnliches gilt auch für die Struktur des Rotors einer Axialflussmaschine. Auch hier fallen die zusätzlichen Kosten und das zusätzliche Gewicht für metallische Verbindungselemente beim Befestigen der Rotorstruktur an der Rotorwelle als nachteilhaft auf. Weiter ist es bei herkömmlich bekannten Rotoren erforderlich, dass zum Kompensieren einer Scherbeanspruchung in Axialrichtung verlaufende Verbindungselemente vorzusehen sind, die die einzelnen Komponenten des Rotors gegen eine Verdrehung sichern. Auch hier ist es erforderlich, dass die Einzelteile sehr hohe Toleranzanforderungen erfüllen, damit sich die mehreren Komponenten eines Rotors nicht gegeneinander bewegen. Zudem ist es wünschenswert, die Verbindungsstelle einer Rotorwelle mit der davon abgehenden Rotorscheibe gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise das Eindringen von Flüssigkeiten, zu schützen.
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Es ist demnach das Ziel der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Rotor bzw. auch einen verbesserten Stator für eine Axialflussmaschine vorzusehen, welche die oben aufgeführten Nachteile überwinden oder zumindest abmildern kann.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch einen Rotor erreicht, der sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dabei in den Unteransprüchen angegeben. Ferner dazu sind vorteilhafte Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen. Rotors angegeben
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Die Erfindung betrifft im Einzelnen einen Rotor für eine Axialflussmaschine, der mehrere in Axialrichtung übereinander gestapelte Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten umfasst, die jeweils mehrere in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Magnetausnehmungen zum Einführen von Permanentmagneten aufweisen, wobei die Magnetausnehmungen der mehreren übereinander gestapelten Lagen in Axialrichtung zueinander fluchtend ausgerichtet sind, und wobei die mehrere Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten aus einem Faserverbundmaterial bestehen, vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, einem carbonfaserverstärkten Kunststoff, einem basaltfaserverstärkten Kunststoff oder einer Kombination bzw. einem Hybrid hiervon.
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Vorteilhafterweise wird hier glasfaserverstärkter Kunststoff zur Umsetzung des Rotors bzw. der scheibenförmigen Rotorplatten gewählt, da damit Kontaktkorrosion sowie eine elektrische Aufladung bzw. elektrische Kurzschlüsse durch einen möglichen Abrieb während des Betriebs vermieden werden können.
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Ferner ist der erfindungsgemäße Rotor dadurch gekennzeichnet, dass jede der mehreren in Axialrichtung übereinander gestapelten Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten jeweils eine mittig angeordnete Ausnehmung aufweist, deren radial innerer Rand durch eine umlaufend ausgebildete, sich abwechselnd radial nach innen und nach außen erstreckende Kontur begrenzt ist, und vorzugsweise wellenförmig, zick-zack-förmig, oder sägezahnförmig ausgebildet ist.
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Diese umlaufend angeordnete Wellenkontur an der mittigen Ausnehmung der scheibenförmigen Rotorplatte kann im Zusammenspiel mit einer komplementär ausgeformten Rotorwelle dazu dienen, die Rotorplatte drehfest anzuordnen. Dies ist beispielsweise möglich, in dem ein aufeinander abgestimmter Verzahnungseingriff erfolgt.
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Zudem kann die umlaufend angeordnete Wellenkontur an der mittigen Ausnehmung der Rotorplatte der Rotorwelle dazu verwendet werden, dass eine Bewegung in Axialrichtung der scheibenförmigen Rotorplatte unterbunden wird.
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So ist bei dem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen, dass dieser ferner eine Rotorwelle umfasst, die in Axialrichtung eine Durchführung aufweist, um eine Ausgangswelle einer Axialflussmaschine drehfest aufzunehmen, wobei die Rotorwelle zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete in Radialrichtung verlaufende Auskragungen aufweist, deren radial äußerer Rand eine Kontur aufweist, die jeweils zum radial inneren Rand der mittigen Ausnehmung einer scheibenförmigen Rotorplatte komplementär ist, und zwischen den beiden in Axialrichtung voneinander beabstandeten Auskragungen eine scheibenförmige Rotorplatte angeordnet ist, deren Kontur des sich radial nach innen erstreckenden Rands der mittigen Ausnehmung gegenüber der Kontur der beiden in Axialrichtung zueinander beabstandeten Auskragungen in Radialrichtung verdreht ist, sodass eine Bewegung der zwischen den beiden Auskragungen angeordneten scheibenförmigen Rotorplatte in Axialrichtung gehemmt ist.
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So ist es damit möglich, dass eine scheibenähnliche Rotorplatte nach dem Prinzip eines Bajonett-Verschlusses an der Rotorwelle gesichert wird, da nach dem Überwinden einer ersten Auskragung, die beispielsweise komplementär zu wellenförmigen Innenkontur der mittigen Ausnehmung ausgeformt sein kann, und einem anschließenden Verdrehen der Rotorplatte eine weitere Axialbewegung bei einem entsprechend dimensionierten Abstand der beiden Auskragungen der Rotorwelle nicht mehr möglich ist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine oder beide der in Axialrichtung zueinander versetzten Auskragungen der Rotorwelle mit einer zugehörigen scheibenförmigen Rotorplatte zusammenwirkt/en, deren mittig angeordnete Ausnehmung sich formschlüssig an die Außenkontur der Auskragung anschließt, sodass bei einer Drehung der Rotorscheiben in Radialrichtung eine Kraftübertragung zwischen den scheibenförmigen Rotorplatten und der Rotorwelle stattfindet.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten miteinander verklebt sind, vorzugsweise durch das Infiltrieren einer Matrix, bspw. Epoxydharz, in die mehreren scheibenähnlichen Rotorplatten.
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Ist also eine Rotorplatte im Zwischenbereich der beiden Auskragungen angeordnet und so verdreht, dass eine Bewegung der Rotorplatte in Axialrichtung gehemmt ist und darüber hinaus mit einer weiteren Rotorplatte verklebt, deren mittige Ausnehmung mit ihrer wellenförmigen Innenkontur einen Formschluss mit der radialen Außenkontur der Auskragung aufweist, so ist der diese beiden Lagen umfassende Rotor in Axialrichtung wie auch in Rotationsrichtung an der Rotorwelle starr angebunden.
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Weiter kann bei dem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen sein, dass durch das Einstecken von Magneten in die in Axialrichtung miteinander fluchtenden Magnetausnehmungen die Gesamtheit der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten in Axialrichtung und in Rotationsrichtung gesichert sind.
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Auch wenn die typischerweise zwischen den zwei Auskragungen der Rotorwelle angeordnete scheibenähnliche Rotorplatte gegenüber den dazu außen angeordneten Rotorplatten verdreht ist, können die Magnetausnehmungen der zueinander verdrehten Rotorplatten miteinander fluchten.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass jede der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten identisch ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn bei einer Verdrehung der Platten diese so aufeinander abgestimmt sind, dass die wellenförmig ausgebildeten Innenkonturen der jeweiligen mittigen Ausnehmung der verdrehten Platten nicht fluchten, die Magnetausnehmungen der Platten hingegen schon.
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Nach einer optionalen Modifikation des erfindungsgemäßen Rotors kann vorgesehen sein, dass an den beiden Außenseiten der übereinander gestapelten Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten jeweils eine Deckscheibe vorgesehen ist, die die Magnetausnehmungen und/oder die sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckenden Kontur der mittigen Ausnehmung bedeckt.
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Das Vorsehen von Deckscheiben ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die scheibenähnlichen Rotorplatten aus einem noch nicht fertigen Halbzeug sind oder miteinander verklebt werden müssen. So dienen die Deckscheiben dann zum Zurückhalten von Kleber oder einer Matrix, so dass diese/r nicht ohne weiteres abfließen kann.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors nach einer der vorstehend eingeführten Varianten, wobei in dem Verfahren eine erste Lage einer scheibenähnlichen Rotorplatte auf die Rotorwelle aufgesteckt wird und zwischen zwei in Axialrichtung der Welle beabstandete Auskragungen angeordnet und dort so verdreht wird, dass eine weitere Bewegung in Axialrichtung aufgrund des Vorhandenseins der beiden Auskragungen gehemmt ist. Ferner kann dann eine zweite und eine dritte Lage von scheibenähnlichen Rotorplatten an beiden Seiten der ersten (mittleren) Lage angeordnet werden, wobei deren mittige Ausnehmung mit der sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckenden Kontur mit der dazu komplementär ausgeformten Auskragung der Rotorwelle einen Formschluss bildet und die Magnetausnehmungen der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten dabei in Axialrichtung fluchten, und vorzugsweise Magnete in die in Axialrichtung fluchtenden Magnetausnehmungen gesteckt werden, sodass die einzelnen Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten zueinander verdrehsicher angeordnet sind.
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Ferner kann bei dem Verfahren zum Herstellen des Rotors vorgesehen sein, dass an den beiden flächigen Außenseiten der aufeinander gestapelten Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten jeweils eine Deckscheibe auf die Rotorwelle aufgesteckt wird, die die miteinander fluchtenden Magnetausnehmungen der mehreren Lagen sowie die sich radial nach innen und radial nach außen erstreckende Kontur an der mittigen Ausnehmung abdeckt.
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Nach einer weiteren optionalen Fortbildung des Verfahrens zum Herstellen des Rotors kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Lagen der scheibenähnlichen Rotorplatten jeweils im Zustand einer Preform, also eines noch nicht fertigen Halbzeugs, dem die Matrix noch nicht hinzugefügt worden ist, auf die Rotorwelle aufgesteckt werden, oder bereits mit einer Matrix versehene scheibenähnliche Rotorplatten mit der Rotorwelle verklebt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass es insgesamt mindestens oder genau drei Lagen aus scheibenähnlichen Rotorplatten gibt, die jeweils eine identische Wandstärke im Bereich von 3,0-3,5 mm, vorzugsweise im Bereich von 3,1-3,3 mm aufweisen und die im Nasspressverfahren hergestellt sind.
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Von Vorteil ist hierbei, wenn die mehreren scheibenähnlichen Rotorplatten identisch ausgeformt sind, da dann eine Fertigung in hoher Stückzahl zu geringen Kosten erfolgen kann.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Ausschnitte für das Einsetzen von den Magneten sowie die Profilierung an der mittigen Ausnehmung der Rotorabdeckscheibe durch Wasserstrahlschneiden oder Fräsen erzeugt werden.
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Weiterhin wird das vorgenannte Problem auch durch einen Stator für eine Axialflussmaschine gelöst, der ein Statorgehäuse, das einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen von Statorkomponenten aufweist, ein Rückschlussblech, das mehrere von Spulenwicklungen umwickelte Spulenkörper aufweist und in dem Statorgehäuse angeordnet ist, und eine Statorabdeckscheibe umfasst, die entlang ihrer Umfangsrichtung mehrere Ausnehmungen für einen jeweiligen zugehörigen Spulenkörper aufweist und den Aufnahmebereich abdeckt. Der Stator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Statorabdeckscheibe aus einem Faserverbundmaterial besteht, vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK), einem basaltfaserverstärkten Kunststoff (BFK) oder einer Kombination bzw. einem Hybrid hiervon.
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Das Rückschlussblech kann auch als Rückschlussblechschnecke bezeichnet werden und dient dazu, den magnetischen Fluss, welcher in Axialrichtung aus dem Stator geführt wird an die Unterseite des Spulenkörpers zurückzuleiten (nachdem dieser mit einem Rotor zusammengewirkt und auf diesen ein Drehmoment eingeprägt hat).
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Vorteilhafterweise wird hier glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) zur Umsetzung der Statorabdeckscheibe gewählt, da damit Kontaktkorrosion sowie eine elektrische Aufladung bzw. elektrische Kurzschlüsse durch einen möglichen Abrieb während des Betriebs vermieden werden können.
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In dem die Statorabdeckung durch eine Statorabdeckscheibe aus einem Faserverbundmaterial erzeugt ist, ist es möglich, das Gewicht eines solchen Stators zu senken, sodass ein leichterer und einem breiteren Anwendungsfeld zur Verfügung stehender Stator geschaffen ist. Zudem ist es durch die Verwendung des Faserverbundmaterials möglich, die herkömmlicherweise erforderlichen mechanischen Verbindungselemente wegzulassen, sodass eine einfachere Herstellung des Stators erreicht werden kann. Weiter ist von Vorteil, dass die in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen der Statorabdeckscheibe eingeführten Spulenkörper des Rückschlussblechs gegen ein Verdrehen in Radialrichtung des Stators gesichert sind. Die im Statorgehäuse fest verankerte Statorabdeckscheibe trägt demnach dazu bei, dass Rückschlussblech mit seinen mehreren Spulenkörpern an der Wunschposition zu halten. Die Ausnehmungen der Statorabdeckscheibe für die mehreren in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordneten Spulenkörper wirkt dabei wie ein Gitter, das gegen ein Verdrehen des Rückschlussblechs wirkt.
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Demnach kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die mehreren Ausnehmungen der Statorabdeckscheibe jeweils eine solche Form aufweisen, dass diese formschlüssig mit den im Aufnahmebereich angeordneten Spulenkörpern zusammenwirken und in jede der mehreren Ausnehmungen ein zugehöriger Spulenkörper aufgenommen ist, vorzugsweise wobei die Statorabdeckscheibe auf die mehreren Spulenkörper aufgesteckt ist und bevorzugterweise dabei etwa plan zu den mehreren vom Inneren des Statorgehäuses abgewandten Flächen der Spulenkörper angeordnet ist.
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Das formschlüssige Aufnehmen der Spulenkörper in den jeweiligen Ausnehmungen der Statorabdeckscheibe führt zu einer weiteren Stabilisierung des Stators bzw. der darin angeordneten Komponenten. Die bevorzugte Ausführung, wonach die Spulenkörper in eine jeweilige Ausnehmung der Statorabdeckscheibe eingesteckt sind, jedoch auf der anderen Seite der Statorabdeckscheibe nicht hinausragen, sondern beispielsweise plan mit der vom Inneren des Statorgehäuses abgewandten Seite der Statorabdeckscheibe fluchten, ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Stators. Gleichzeitig wird dabei auch der vom Stator ausgehende Magnetfluss, welche sich in Axialrichtung zur Statorabdeckscheibe weg von dem Statorgehäuse erstreckt, so gut wie nicht beeinträchtigt.
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Nach einer optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Statorabdeckscheibe eine kreisförmige Außenkontur aufweist und in ihrer Mitte eine Ausnehmung besitzt, an der vorzugsweise eine in Umfangsrichtung verlaufende wellenartige Kontur vorgesehen ist, um eine in Umfangsrichtung verdrehsichere Positionierung mit dem Statorgehäuse zu ermöglichen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Rand der mittigen Ausnehmung die wellenartige Kontur darstellt.
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Die Statorabdeckscheibe kann demnach eine kreisförmige Außenkontur besitzen, die eine mittig angeordnete Ausnehmung aufweist. Diese mittige Ausnehmung besitzt dabei eine Kontur, die sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen in Umfangsrichtung erstreckt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, dass sich diese Kontur in einem Nahbereich der mittigen Ausnehmung befindet, jedoch den innen Umfangsrand dieser mittigen Kontur nicht unmittelbar ausbildet. Typischerweise kann beispielsweise eine regelmäßige Kontur vorgesehen sein, sodass die Statorabdeckscheibe zu einer senkrecht zur Scheibe verlaufenden Symmetrieachse drehsymmetrisch ausgebildet ist.
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Diese beispielsweise wellenartig verlaufende Kontur kann dazu genutzt werden, einen Formschluss mit dem Statorgehäuse einzugehen, sodass die Statorabdeckscheibe drehfest in Radialrichtung an dem Statorgehäuse angeordnet ist.
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So kann bspw. vorgesehen sein, dass das Statorgehäuse zwei radial voneinander beabstandete, einander zugewandte Umfangsnuten aufweist, die dazu dienen, eine äußere Umfangskante und eine innere Umfangskante der Statorabdeckscheibe aufzunehmen, wobei vorzugsweise an der radial inneren Umfangsnut eine wellenartige Kontur vorgesehen ist, um eine in Umfangsrichtung verdrehsichere Positionierung der Statorabdeckscheibe zu ermöglichen.
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Ist die wellenartige Kontur des Statorgehäuses komplementär ausgebildet zu der wellenartigen Kontur der mittigen Ausnehmung der Statorabdeckscheibe, kann die Statorabdeckscheibe so in das Statorgehäuse eingebracht werden, dass dieses drehfest um eine Drehung in Axialrichtung an dem Statorgehäuse befestigt ist.
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Nach einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Innere zwischen Statorabdeckscheibe und Statorgehäuse mit einer Matrix, beispielsweise einem Harz wie Epoxydharz, gefüllt ist, wobei vorzugsweise das Füllen mit einer Matrix eventuell vorhandene Toleranzen der unterschiedlichen Komponenten des Stators ausgleicht.
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Das Füllen des Inneren des Statorgehäuses mit einer Matrix, beispielsweise einem Harz oder einem Epoxydharz, verklebt die im Inneren eines Statorgehäuses befindlichen Bauteile miteinander. Weiter vorteilhaft hieran ist, dass die Toleranzen der miteinander in Verbindung stehenden Bauteile des Stators etwas gelockert werden können, da das Verkleben mit der Matrix diese zu einem gewissen Teil ausgleichen kann.
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Nach einer weiteren optionalen Modifikation der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Rückschlussblech in Umfangsrichtung verdrehsicher in dem Statorgehäuse angeordnet ist, vorzugsweise wobei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Befestigungspins des Statorgehäuses in entsprechende Ausnehmungen des Rückschlussblechs und/oder der Spulenkörper eingeführt sind.
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Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Herstellen eines Stators nach einem der vorstehend diskutierten Varianten, wobei in dem Verfahren das Rückschlussblech mit den aufgesetzten Spulenkörpern in dem Statorgehäuse positioniert wird, die Statorabdeckscheibe im Zustand einer Preform, also eines noch nicht fertigen Halbzeugs, dem die Matrix noch nicht hinzugefügt worden ist, in das Statorgehäuse eingebracht wird, vorzugsweise in entsprechende Umfangsnuten des Statorgehäuses unter Nutzung der noch vorhandenen Biegefähigkeit der trockenen Preform eingesteckt wird.
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Bei der Montage der Statorabdeckscheibe wird also ausgenutzt, dass die noch nicht in ihrem finalen Zustand befindliche Statorabdeckscheibe eine erhöhte Biegefähigkeit aufweist und weniger stark ist als in ihrem finalen Zustand. Da die Statorabdeckscheibe aus einem Faserverbundmaterial besteht, ist es möglich, diese bereits in einem Zustand eines nicht fertigen Halbzeugs (Preform) in das Statorgehäuse einzufügen, bei dem lediglich das Faserskelett (eventuell ergänzt mit einem Binder) ohne seine Matrix vorhanden ist. Das Infiltrieren der Matrix in das Faserskelett erfolgt dann gleichzeitig mit dem Verkleben der weiteren in dem Statorgehäuse angeordneten Komponenten. So kann die Statorabdeckscheibe beispielsweise in eine Klemmverbindung mit dem Statorgehäuse gebracht werden, die diese nur aufgrund ihrer erhöhten Biegefähigkeit im Zustand des nichtfertigen Halbzeugs eingehen und nach dem Infiltrieren der Matrix nicht mehr verlassen kann.
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Weiter kann nach der Erfindung dann vorgesehen sein, dass der Aufnahmebereich mit einem Werkzeugdeckel dichtend abgeschlossen wird, sodass der Werkzeugdeckel zusammen mit dem Statorgehäuse eine Vergussform bildet, in die eine Matrix, bspw. Epoxydharz, infiltriert wird, um die Statorabdeckscheibe final fertigzustellen und sämtliche zwischen Werkzeugdeckel und Statorgehäuse befindlichen Komponenten miteinander zu verkleben.
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Es kann also vorgesehen sein, dass die Statorabdeckscheibe als unfertiges Halbzeug in der Statorgehäuse eingebracht/montiert wird und erst in einem nachfolgenden Arbeitsschritt seine finale Konstitution annimmt.
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Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Faserverbundmaterial zunächst eine sogenannte Preform annehmen kann, in dem die Faserbestandteile bereits vorhanden sind, die finale Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit jedoch aufgrund des Fehlens einer die Fasern verbindenden Matrix noch nicht gegeben ist. Dieser Zustand kann vorteilhafterweise beim Einbringen der Statorabdeckscheibe in das Statorgehäuse genutzt werden, da hierbei die noch vorhandene Biegefähigkeit beispielsweise beim Anordnen der Statorabdeckscheibe in die mindestens eine in dem Statorgehäuse vorgesehene Umfangsnut genutzt werden kann.
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Befindet sich die Statorabdeckscheibe an der richtigen Stelle im Statorgehäuse wird ein Werkzeugdeckel auf die offene Seite Statorgehäuses aufgebracht, über die zuvor die Statorabdeckscheibe in das Gehäuse eingelegt worden ist. Durch das Aufbringen des Werkzeugdeckels wird im Inneren des Statorgehäuses ein abgedichteter Raum geschaffen, der mit einer Matrix infiltriert wird. Durch das Einfügen der Matrix, beispielsweise einem Harz, insbesondere einem Epoxydharz, werden nicht nur die im Inneren des Statorgehäuses angeordneten Komponenten miteinander verklebt, sondern es erfolgt auch eine finale Behandlung des noch nicht fertigen Halbzeugs der Statorabdeckscheibe hin zum finalen Faserverbundwerkstoff. Dieser weist dann andere körperliche Eigenschaften als das noch nicht fertige Halbzeug auf und ist beispielsweise nicht mehr im selben Maß biegefähig wie das Halbzeug.
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Vorzugsweise kann bei dem Herstellen vorgesehen sein, dass keine weiteren Schritte zum Befestigen der Statorabdeckscheibe an dem Statorgehäuse durchgeführt werden. Anders als nach dem herkömmlichen Stand der Technik ist es also nicht erforderlich, das Statorgehäuse, in welchen die unterschiedlichen Komponenten (beispielsweise Rückschlussblech mit Spulenkörper) eingebracht worden sind, mittels separaten, typischerweise metallischen, Verbindungselementen mit einer Deckscheibe zu verbinden.
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Bei dem Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass vor einem Infiltrieren der Matrix durch das Statorgehäuse hindurchführende Öffnungen abgedichtet werden, damit in Verbund mit dem aufgesetzten Werkzeugdeckel eine Vergussform gebildet wird.
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Gibt es im Statorgehäuse noch Öffnungen, die nach Aufsetzen des Werkzeugdeckels nicht abgedichtet sind, werden diese vor einem Einführen der Matrix abgedichtet, sodass die flüssige Matrix nicht aus unverschlossenen Öffnungen austreten kann. Selbstverständlich gilt dies nicht für die Einleitungsöffnung der Matrix, sowie eine optional vorsehbare Öffnung zum Ausströmen der verdrängten Luft.
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Nach einer vorteilhaften Fortbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Statorabdeckscheibe im Zustand einer trockenen Preform in das Statorgehäuse eingebracht wird und vorzugsweise entweder
- a) gestapelte Gewebe- oder Gelegelagen umfasst oder aus gestapelten Gewebe- oder Gelegelagen besteht, die mit einem Binder versehen sind, oder
- b) mit einem TFP-Prozess (Tailored Fiber Placement) hergestellt ist.
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Zudem kann vorgesehen sein, dass die Dicke der Decklage (ohne Ausnehmungen) der Statorabdeckscheibe in einem Bereich von 0,20 - 0,50 mm, bevorzugterweise in einem Bereich von 0,20 - 0,40 mm und bevorzugterweise bei etwa 0,30 mm liegt.
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Durch das vorstehende Verfahren bzw. den vorstehend eingeführten Stator ist es möglich, eine komplette und formschlüssige Einbettung des Rückschlussblechs mit den Spulenkörpern vorzunehmen, wobei die Konstruktion auch den Vorteil mit sich bringt, dass die einzelnen Bauteile durch die Betriebskräfte gleichmäßig belastet werden und es keine lokale Überhöhung aufgrund einer mechanischen Fixierung (von bspw. der Statorabdeckscheibe) gibt.
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Das Einfügen der Matrix (beispielsweise eines Harzes, wie ein Epoxydharz) bewirkt die Verklebung des Rückschlussblechs und der Spulenkörper vollflächig zueinander sowie eine Befestigung relativ zum Statorgehäuse. Darüber hinaus wirkt das Vergießen der Matrix auch positiv beim Ableiten der Wärme und schützt das Innere vor Umwelteinflüssen.
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Als besonders vorteilhaft und prozessfördernd wird es angesehen, dass das Statorgehäuse als Teil des Gusswerkzeugs genutzt wird, da lediglich ein Werkzeugdeckel auf das Statorgehäuse aufgebracht wird und die Matrix in dem von Deckel und Statorgehäuse geschaffenen Raum eingeführt wird.
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Im Ergebnis ist es also möglich, eine selbsttragende Statorabdeckung zu schaffen, die aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:
- 1: eine Statorabdeckscheibe in isolierter Darstellung,
- 2a: eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Stators mit einem montierten Statorabdeckscheibe,
- 2b: eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mit der Statorabdeckscheibe versehenen Stators,
- 2c: eine vergrößerte Darstellung eines Teils aus der vorhergehenden 2b,
- 2d: eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stators während eines Herstellungsschritts zusammen mit einen den Aufnahmebereich des Stators abdichtenden Werkzeugdeckel,
- 3: eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Rotors,
- 4: eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Rotors,
- 5a: eine Perspektivansicht einer Rotorplatte,
- 5b: eine Perspektivansicht einer Rotorplatte zusammen mit einer Rotorwelle, bei der die Rotorplatte die Rotorwelle in ihrer mittigen Ausnehmung verdreht aufgenommen hat,
- 5c: eine Perspektivansicht von drei übereinander in Axialrichtung gestapelten Rotorplatten, durch deren jeweilige mittige Ausnehmung die Rotorwelle geführt ist,
- 5d: eine Perspektivansicht eines Stapels von drei übereinander angeordneten Rotorplatten mit mittig aufgenommener Rotorwelle und einem in eine Magnetausnehmung aufgenommenen Permanentmagnet,
- 5e: eine Perspektivansicht eines Stapels von drei übereinander angeordneten Rotorplatten, mit darin angeordneten Permanentmagneten und Positionsmagneten,
- 6a: eine Perspektivansicht eines Schnitts durch den Rotor ohne Rotorwelle,
- 6b: eine Perspektivansicht eines Schnitts durch den Rotor mit Rotorwelle,
- 7a: eine Schnittansicht durch den Rotor,
- 7b: eine weitere Schnittansicht durch den Rotor,
- 8: eine Perspektivansicht einer Rotorplatte mit darin aufgenommenen Permanentmagneten und Positionsmagneten, und
- 9: eine perspektivische Teilansicht einer Rotorplatte mit in einer Magnetausnehmung aufgenommenen Permanentmagnet.
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1 zeigt eine Statorabdeckscheibe 6 in isolierter Darstellung. Die Statorabdeckscheibe 6 kann dabei aus einem Faserverbundmaterial bestehen, beispielsweise GFK oder CFK oder einem Hybrid. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird dann erreicht, wenn GFK, also ein glasfaserverstärkter Kunststoff für die Statorabdeckscheibe 6 verwendet wird. Dabei wird dann eine Kontaktkorrosion (beispielsweise zwischen der Statorabdeckung und einer Rückschlussblechschnecke) vermieden und elektrische Aufladungen bzw. elektrische Kurzschlüsse durch möglichen Abrieb während eines Betriebs verhindert.
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Die Statorabdeckscheibe 6 besitzt eine plattenartige Grundform und weist darüber hinaus eine kreisförmige Außenkontur 61 (oder alternativ beispielsweise wellenförmig) auf. In Umfangsrichtung besitzt die Statorabdeckscheibe 6 dabei mehrere voneinander beabstandete Ausnehmungen 7 zum Aufnehmen eines Spulenkörpers 5 (vgl. 2c). Diese Ausnehmungen 7 können dabei in Umfangsrichtung der Statorabdeckscheibe 6 äquidistant zueinander angeordnet sein. In der Mitte der Statorabdeckscheibe 6 ist eine etwa kreisförmige Ausnehmung 8 mit einer inneren Umfangskante 62 vorgesehen. Diese umlaufende Umfangskante 62 kann kreisförmig ausgebildet sein, muss dies jedoch nicht, da auch eine wellenförmige Struktur ähnlich wie die nachfolgend beschriebene Kontur vorstellbar ist.
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Entlang der inneren Umfangskante 62 ist eine in Umfangsrichtung verlaufende wellenartige Kontur 9 vorgesehen, die sich durch abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckende Abschnitte auszeichnet. Diese Kontur 9 wird, wie nachfolgend anhand der weiter unten beschriebenen Figuren gezeigt wird, zum Befestigen an einem Statorgehäuse 2 (vgl. 2a) genutzt, um eine Drehung der Statorabdeckscheibe 6 in Rotationsrichtung gegenüber dem Statorgehäuse 2 zu unterbinden.
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Wie man anhand der 1 erkennen kann, besitzt die Statorabdeckscheibe 6 eine durch die mittige Ausnehmung 8 verlaufende Symmetrieachse, zu der die Statorabdeckscheibe 6 drehsymmetrisch ist.
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2a zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Stators 1 mit einer montierten Statorabdeckscheibe 6. Der Stator 1 umfasst dabei ein Statorgehäuse 2 dessen Aufnahmebereich durch die Statorabdeckscheibe 6 verschlossen ist. Die innere Umfangskante 62 der Statorabdeckscheibe 6 wirkt dabei genau wie die äußere Umfangskante 61 der Statorabdeckscheibe 6 umlaufend mit einem Bereich des Statorgehäuses 2 zusammen, sodass das Innere des Stators 1 gegen unerwünschte Umwelteinflüsse (beispielsweise Flüssigkeiten oder Schmutzpartikel) abgeschirmt ist. Weiter kann man erkennen, dass die Statorabdeckscheibe 6 selbsttragend in dem Statorgehäuse 2 angeordnet ist, also keine weiteren Verbindungselemente, wie beispielsweise Schrauben oder Spannelemente zum Anordnen der Statorabdeckscheibe 6 erforderlich sind.
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Die in 1 vormals noch zu sehenden Ausnehmungen 7 zum Aufnehmen eines Spulenkörpers 5 sind in der vorliegenden 2a nicht mehr zu sehen, da die dünne Decklage der Statorabdeckscheibe die Ausnehmungen der Statorabdeckscheibenstruktur vollflächig überspannt.
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In der Mitte des Stators 1 kann eine Durchführung 14 zum Aufnehmen einer Rotorwelle oder einer Ausgangswelle eine Axialflussmaschine vorgesehen sein. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass diese Durchführung 14 in dem Stator 1 vorhanden ist, da auch Umsetzungen ohne Durchführung 14 möglich sind. Am Inneren der Statorabdeckscheibe 6 zugewandten Rand des Statorgehäuses 2 kann man erkennen, dass die wellenartige Kontur 9 der Statorabdeckscheibe 6 in Kontakt mit dem Statorgehäuse 2 kommt. Bei einer komplementär ausgebildeten Form des Statorgehäuses kann der dadurch erreichte Verzahnungseingriff bewirken, dass ein Drehmoment, welches in Rotationsrichtung (also um die Symmetrieachse der Statorabdeckscheibe 6 herum) wirkt, unterbunden wird, sodass eine auf die Statorabdeckscheibe 6 bzw. die darin eingesteckten Spulenkörper 5 wirkende Kraft in das Statorgehäuse 2 eingeleitet werden kann. Weitere Maßnahmen, die ein solches Unterdrücken einer Rotation von Komponenten in dem Stator 1 verhindern sollen, können daher entweder entfallen oder kleiner dimensioniert werden.
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Die Herstellung der Statorabdeckscheibe 6 kann durch gestapelte Gewebe- oder Gelegelagen, welche mit Binder stabilisiert sind, erfolgen. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Statorabdeckscheibe 6 mithilfe eines TFP-Prozesses (Tailored Fiber Placement) hergestellt ist.
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2b zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mit der Statorabdeckscheibe 6 versehenen Stators 1. In der Schnittansicht erkennt man das Statorgehäuse 2 und die mittig das Statorgehäuse 2 durchstoßende mit Strichpunkten dargestellte Rotationsachse, die parallel zur Axialrichtung X orientiert ist. Man erkennt, dass der Aufnahmebereich des Statorgehäuses 2 im Wesentlichen eine Ringform aufweist, der eine Unterseite sowie zwei in Axialrichtung sich dazu erstreckende Seitenwände besitzt. Die zur Unterseite gegenüberliegende Fläche ist dabei offen, sodass von hier Komponenten des Stators 1 in das Statorgehäuse 2 eingefügt werden können. So wird beispielsweise das Rückschlussblech 3 bzw. die Rückschlussblechschnecke in den Aufnahmebereich eingebracht, sodass die einzelnen mit Spulenwicklungen umwickelten Spulenkörper 5 in Umfangsrichtung entsprechend den dafür vorgesehenen Ausnehmungen 7 der Statorabdeckscheibe 6 angeordnet sind. Weiter wird dann die ringartige Statorabdeckscheibe 6 von oben in den Aufnahmebereich, in dem sich das Rückschlussblech 3 bereits befindet, eingeführt. Die entsprechenden Ausnehmungen 7 der Statorabdeckscheibe 6 umfassen dabei die mehreren umlaufend und äquidistant zueinander angeordneten Spulenkörper 5. Dabei kann jedoch vorgesehen sein, dass die Spulenkörper 5 bzw. die Rückschlussblechköpfe nicht über die von dem Aufnahmebereich abgewandte Seite der Statorabdeckscheibe 6 hinausragen, um eine möglichst ebene Fläche zu erzeugen.
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Weiter ist im Umfangsbereich der mittigen Durchführung 14 des Stators 1 ein Lager 13 vorgesehen, das zum rotierbaren Aufnehmen einer Rotorwelle oder einer Ausgangswelle einer Axialflussmaschine dient. Als Lager 13 kommt beispielsweise ein Kugellager oder dergleichen infrage.
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2c zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Statorgehäuses 2 aus der vorhergehenden 2b. Neben den bereits vorstehend beschriebenen Merkmalen erkennt man nun, dass das Statorgehäuse 2 in seinen sich in Axialrichtung X erstreckenden dem Aufnahmebereich zugewandten Innenwänden Nuten 21, 22 aufweist, die zum Aufnehmen der Statorabdeckscheibe 6 dienen. Dabei kann vorgesehen sein, dass jede der beiden Nuten 21, 22 nicht senkrecht zur Axialrichtung X ausgerichtet ist, sondern mit dieser einen Winkel einschließt. Der äußere Umfangsrand 61 sowie der innere Umfangsrand 62 können dabei ausgehend von einem ebenen Mittelteil der Statorabdeckscheibe 6 jeweils nach unten gebogen sein, was die Montage der Statorabdeckscheibe 6 in den entsprechenden Umfangsnuten 21, 22 des Statorgehäuses 2 erleichtert.
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Darüber hinaus erkennt man, dass die Spulenkörper 5 mit Spulenwicklungen 4 umwickelt sind und das Rüchschlussblech mit einem im Boden des Aufnahmebereichs vorgesehen Befestigungspin versehen ist, der dazu dient, das Rückschlussblech relativ zum Statorgehäuse zu positionieren. Dem Fachmann ist klar, dass es zum Positionieren des Rückschlussblechs 3 gegenüber dem Statorgehäuse eine Vielzahl von alternativen oder zusätzlichen Möglichkeiten gibt, sodass das Vorhandensein eines Befestigungspins und einer entsprechenden Durchführung im Statorgehäuseboden die vorliegende Erfindung nicht beschränkt.
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Wenn nun auch die innere Umfangsnut 21 des Statorgehäuses 2 eine entsprechende Wellenkontur wie im Bereich des Innenumfangs der Statorabdeckscheibe 6 aufweist, kann auch die Statorabdeckscheibe 6 dazu beitragen, dass ein Drehmoment in Drehrichtung (also für eine Drehung um die Achse X) abgeleitet werden kann. Schließlich wird der Rückschlussblechkopf des Rückschlussblechs und der Spulenkörper 5 durch die dafür vorgesehene Ausnehmung 7 in der Statorabdeckscheibe 6 etwa formschlüssig umfasst, sodass bei einer auf das Rückschlussblech 3 wirkenden Drehkraft bzw. einer auf die Spulenkörper 5 wirkenden Drehkraft ein weiterer Haltepunkt in Form der Statorabdeckscheibe 6 vorhanden ist.
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Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Umsetzung des Stators 1 ergeben, liegen vor allem daran, dass nun eine Fixierung des Stators 1 ohne zusätzliche metallische Verbindungselemente möglich ist. Die in Umfangsrichtung gerichtete wie auch die axiale Kraftübertragung der unterschiedlichen Komponenten des Stators 1 benötigen keine weiteren Verbindungselemente, da die Statorabdeckscheibe 6 durch das Einfügen in die Umfangsnuten 21, 22 des Statorgehäuses 2 axial die in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Komponenten sichert und darüber hinaus durch das mögliche Vorsehen der wellenförmigen Kontur 9 am inneren Rand der Statorabdeckscheibe 6, die mit einer entsprechend ausgeführten Kontur des Statorgehäuses in Eingriff stehen kann, eine Verzahnung geschaffen wird, die auch eine Stabilisierung bzw. Drehmomentweitergabe in der Drehrichtung um die Axialachse X herum ermöglicht.
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Nicht in den Figuren grafisch dargestellt ist, dass das Innere des Statorgehäuses mit einer Matrix, beispielsweise einem Harz wie einem Epoxydharz ausgefüllt sein kann, was sich besonders vorteilhaft in Bezug auf die Wärmeableitung und auch das Verkleben der einzelnen in dem Gehäuse 2 angeordneten Komponenten auswirkt.
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Ein weiterer Vorteil der aus einem Faserverbundmaterial hergestellten Statorabdeckscheibe 6 ist, dass die Deckschicht dieser sehr dünn herstellbar ist und beispielsweise eine Dicke von 0,2-0,4 mm, bevorzugterweise 0,28-0,32 mm aufweist. Dadurch lässt sich der elektrische Luftspalt zwischen dem Stator 1 und einem Rotor verringern, sodass die Leistungsfähigkeit einer mit dem erfindungsgemäßen Stator 1 versehenen Axialflussmaschine verbessert werden kann.
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Das Einführen der Matrix, also bspw. eines Harzes in das Innere des Statorgehäuses 2 besitzt aber nicht nur die Funktion zum Verbessern der Wärmeableitung bzw. dem Verkleben der einzelnen in dem Statorgehäuse 2 angeordneten Komponenten, sondern führt auch dazu, dass Schmutzpartikel nicht mehr in das Innere eindringen können.
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Ferner kann das Einfügen der Matrix auch dazu genutzt werden, eine Statorabdeckscheibe 6 zu finalisieren, indem die Statorabdeckscheibe 6 als noch nicht fertiges Halbzeug in der Statorgehäuse 2 eingeführt wird und erst durch Zugabe der Matrix seine endgültigen Eigenschaften annimmt.
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Ersichtlich wird dies beispielsweise an dem nachfolgend dargestellten Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stators 1, bei dem nicht etwa bereits eine in ihren finalen Eigenschaften bereits feststehende Statorabdeckscheibe 6 in das Statorgehäuse 2 eingefügt wird, sondern ein noch nicht fertiges Halbzeug der Statorabdeckscheibe 6. Dieses Halbzeug, welches auch als Preform bezeichnet wird, ist ein Zwischenprodukt auf dem Weg hin zu einem Faserverbundmaterial, wie beispielsweise GFK, CFK, BFK oder einem Hybrid. So werden die Fasern bereits in eine entsprechende Form gebracht, wobei aber die finalen Eigenschaften in Bezug auf Härte und Biegefähigkeit durch das Fehlen der Matrix noch nicht erreicht sind.
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So ist es von Vorteil, wenn nun in den Aufnahmebereich des Statorgehäuses 1 zunächst das Rückschlussblech 3 bzw. die Rückschlussblechschnecke eingebracht wird und danach die Statorabdeckscheibe 6 im Zustand des nichtfertigen Halbzeugs in dem Statorgehäuse montiert/positioniert wird. In dem Zustand als nicht fertiges Halbzeug ist die Biegefähigkeit der Statorabdeckscheibe 6 deutlich erhöht, sodass ein Einführen der Statorabdeckscheibe 6 in die beiden einander zugewandten umlaufenden Nuten 21, 22 leicht durchführbar ist. Da aber die Eigenschaften des nichtfertigen Halbzeugs noch nicht die gewünschten Rückhaltekräfte in Bezug auf eine Verdrehung in Rotationsrichtung bzw. eine Krafteinwirkung in Axialrichtung gegenüber den in dem Statorgehäuse 2 angeordneten Komponenten aufweist, ist ein abschließendes Infiltrieren des Halbzeugs mit einer Matrix, beispielsweise einem Harz wie einem Epoxydharz erforderlich.
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Dieser Schritt des Infiltrierens kann dann zusammen mit einem Vergießen der Matrix im Inneren des Aufnahmebereichs kombiniert, also in einem gemeinsamen Arbeitsschritt durchgeführt werden.
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2d zeigt dabei eine Schnittansicht während eines Einführens einer Matrix in das Innere des Aufnahmebereichs des Statorgehäuses 2. Man erkennt, dass auf der vom Aufnahmebereich abgewandten Seite der Statorabdeckscheibe 6 ein Werkzeugdeckel 11 von oben auf den Aufnahmebereich aufgesetzt ist, um diesen dichtend abzuschließen. Um die dafür erforderliche Kraft zum Abdichten aufzubringen, können entsprechende Schraubverbindungen am äußeren Umfang sowie Bereich des inneren Umfangs des Statorgehäuses 2 vorgesehen sein. Dabei kann ein Werkzeugdeckelgegenstück 12 von der unteren Seite durch die Durchführung 14 eingesteckt sein, sodass mit entsprechenden Verbindungsmitteln der Werkzeugdeckel 11 mit ausreichend Kraft an den oberen Rand des Aufnahmebereichs des Statorgehäuses 2 angedrückt werden kann. Durch eine Öffnung wird dann die Matrix in das Innere des Statorgehäuses eingeführt, sodass neben einem Verkleben der darin angeordneten Komponenten auch der finalisierende Arbeitsschritt zum Erreichen der endgültigen Eigenschaften der Statorabdeckscheibe 6 durchgeführt wird. Nach einem Aushärten der Matrix besitzt die Statorabdeckscheibe 6 eine sehr viel geringere Biegefähigkeit und lässt sich demnach nicht mehr ohne weiteres beschädigungsfrei aus den beiden gegenüberliegenden Nuten 21, 22 in dem Statorgehäuse 2 entfernen. Die Komponenten sind demnach auch in Axialrichtung sicher in dem Aufnahmebereich befestigt.
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Der weitere Clou an dem vorgestellten Verfahren zum Herstellen des Stators 1 ist, dass der Werkzeugdeckel 11 zusammen mit dem Statorgehäuse 2 das Vergusswerkzeug bildet, in welches die Matrix eingeführt wird. Durch das luftdichte Abdichten des Aufnahmebereichs durch das Aufsetzen des Werkzeugdeckels 11 kann eine Matrix mit ausreichend hohen Druck eingeführt werden, die auch das noch nicht fertige Halbzeug (Statorabdeckscheibe 6) in das finale Endprodukt (in der Regel nach einem Aushärtezeitraum) überführt.
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3 zeigt eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Rotors 15. Der erfindungsgemäße Rotor 15 einer Axialflussmaschine weist einen Schichtaufbau in Axialrichtung X auf. Diese Axialrichtung X ist dabei parallel zur Rotationsachse R des Rotors 15, die in der 3 als Strichpunktlinie dargestellt ist. Der Rotor 15 weist dabei einen plattenähnlichen Aufbau auf, der aus einer Vielzahl von in Axialrichtung miteinander gestapelten Plattenelementen gebildet ist.
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An den beiden äußeren Seiten des Rotors 15 ist jeweils eine Deckscheibe 26 vorgesehen, welche die darin übereinander in Axialrichtung X gestapelten mehreren Lagen an scheibenähnlichen Rotorplatten 16 abdeckt. Dargestellt sind insgesamt drei Lagen an Rotorplatten 16, die jeweils in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnete Magnetausnehmungen 17 aufweisen, in die die ebenfalls dargestellten Permanentmagnete 18 einsteckbar sind.
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4 zeigt eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Rotors 15. Man erkennt die Deckscheibe 26, welche die Struktur der anderen scheibenähnlichen Platten verdeckt. Zudem erkennt man, dass in der Mitte des Rotors 15 eine Rotorwelle 23 angeordnet ist, die eine Durchführung 24 zum Einführen einer Ausgangswelle einer Axialflussmaschine aufweist. Diese Rotorwelle 23 kann in ihrem Innenumfang mit einer Verzahnung versehen sein, sodass eine entsprechend ausgeformte Ausgangswelle einer Axialflussmaschine drehfest mit dieser in Verbindung gebracht werden kann.
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5a zeigt eine Perspektivansicht einer Rotorplatte 16. Der erfindungsgemäße Rotor 15 kann dabei eine Vielzahl von in ihrer Form identischen Rotorplatten 16 aufweisen, wobei es nach der Erfindung jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass sich die Form der mehreren Lagen an Rotorplatten 16 unterscheidet.
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Die dargestellte Rotorplatte 16 weist eine kreisrunde Außenkontur auf und besitzt eine mittige Ausnehmung 19. Radial dazu nach außen versetzt sind umlaufend mehrere Positionsmagnetausnehmungen 28 vorgesehen, die dazu dienen Positionsmagnete aufzunehmen. Darüber hinaus befinden sich noch weiter radial dazu versetzt eine Vielzahl von umlaufend angeordneten Magnetausnehmungen 17 zum Einstecken von Traktionsmagneten 18, die bei einem Zusammenwirken mit einem entsprechend angesteuerten Stator 1 einer Axialflussmaschine zu einem Rotieren des Rotors 15 um die Rotationsachse R führen. Die Ausnehmungen 17 für die Permanentmagnete/Traktionsmagnete 18 weisen an ihrem radial inneren Rand ein Federelement 29 auf, dass kleinere Toleranzen in der Dimensionierung der Magnete 18 kompensieren kann und einen Formschluss oder aber Reibschluss mit den darin eingeführten Magneten 18 erzeugt.
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Ferner erkennt man, dass die mittige Ausnehmung 19 der Rotorplatten 16 in Form einer wellenartigen Kontur 20 am Innenumfang der Rotorplatte 16 ausgebildet ist. Umlaufend ist dort eine sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckende Kontur vorgesehen, die beispielsweise die Form eines Zickzacks, eine Sägezahns oder eines Wellenverlaufs annehmen kann. Dem Fachmann ist bewusst, dass es eine Vielzahl von weiteren möglichen Ausgestaltungen dieses Konturbereichs gibt, die den erfindungsgemäßen Zweck in gleicher Weise erfüllen. Nach einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kontur 20 sich gleichmäßig in Umfangsrichtung erstreckt. Der wesentliche Zweck dieser Kontur 20 ist es, einen Verzahnungseingriff mit einem komplementär ausgeformten Gegenstück eingehen zu können.
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5b zeigt eine Perspektivansicht einer Rotorplatte 16 zusammen mit einer Rotorwelle 23, bei der die Rotorplatte 16 die Rotorwelle 23 in ihrer in der gezeigten Ausführung mittigen Ausnehmung 19 aufgenommen hat. Man erkennt, dass die Rotorwelle 23 eine in Radialrichtung verlaufende Auskragung 25 aufweist, die eine komplementäre Außenkontur wie die Innenkontur 20 der Rotorplatte 16 aufweisen kann. Die dargestellte Rotorplatte 16 greift mit ihrer am Innenumfang vorgesehenen Verzahnung jedoch nicht mit der Auskragung 25 ein, sondern ist in Axialrichtung dazu versetzt angeordnet und in Drehrichtung hierzu verdreht, sodass eine weitere Bewegung der Rotorplatte 16 in Axialrichtung durch die Auskragung 25 unterbunden ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Rotorwelle 23 zwei in Axialrichtung voneinander beabstandete Auskragungen 25 aufweist, deren Abstand in etwa eine Dicke der zwischen den beiden Auskragungen 25 eingeführten Rotorplatte 16 entspricht. Durch entsprechendes Verdrehen der zwischen den beiden Auskragungen 25 eingeführten Rotorplatte 16 wird eine Fixierung der Rotorplatte 16 in Axialrichtung vorgenommen. Ein Durchfädeln in Axialrichtung ist jedoch möglich, wenn die Rotorplatte 16 entsprechend gegenüber der Verzahnung der Auskragung 25 verdreht wird, sodass die unterschiedlichen Verzahnungen in Axialrichtung aneinander vorbeigeführt werden können.
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Der Zwischenbereich, welcher in Axialrichtung X zwischen den beiden Auskragungen 25 der Rotorwelle 23 angeordnet ist, besitzt keine Elemente, die ein Drehen der Rotorplatte 16 in Rotationsrichtung unterbinden könnten.
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5c zeigt eine Perspektivansicht von drei übereinander in Axialrichtung gestapelten Rotorplatten 16, durch deren jeweilige mittige Ausnehmung 19 die Rotorwelle 23 geführt ist.
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Anders als im vorhergehenden Bild ist nun eine Anordnung von drei übereinander angeordneten Lagen von Rotorplatten 16 vorgesehen, wobei eine obere Rotorplatte 16 mit der oberen Auskragung 25 und eine untere Rotorplatte 16 mit der unteren Auskragung (nicht sichtbar) in Eingriff gebracht worden ist. Dadurch wird die obere Rotorplatte 16 wie auch die untere Rotorplatte 16 anders als die zwischen diesen beiden Rotorplatten angeordnete mittige Rotorplatte 16 verdrehsicher an der Rotorwelle 23 angeordnet. Trotz des in Rotationsrichtung vorgesehen Versatzes der mittleren Rotorplatte 16 fluchten die Ausnehmungen 17 der mehreren übereinander angeordneten Rotorplatten 16, sodass ein Traktionsmagnet 18 oder auch ein Positionsmagnet 27 in die entsprechende Ausnehmung 17, 28 eingeführt werden kann.
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Man erkennt, dass bei einem Verkleben der unterschiedlichen Lagen von Rotorplatten 16 die Gesamtheit der (bspw. miteinander verklebten) Rotorplatten 16 nicht nur in Rotationsrichtung sondern auch in Axialrichtung an der Rotorwelle 23 gesichert sind, da eine Bewegung in Axialrichtung durch die mittlere Rotorplatte 16 aufgrund des Versatzes gegenüber den beiden Auskragungen 25 gesichert ist und eine Sicherung in Drehrichtung durch den Eingriff der innenliegenden Verzahnung (Kontur 20) einer jeweiligen der beiden äußeren Rotorplatten 16 mit der komplementär ausgebildeten Auskragung 25 erzeugt worden ist.
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5d zeigt eine Perspektivansicht eines Stapels von drei übereinander angeordneten Rotorplatten 16 mit mittig aufgenommener Rotorwelle 23 und einem in eine Magnetausnehmung 17 aufgenommenen Permanentmagnet 18.
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5e zeigt eine Perspektivansicht eines Stapels von drei übereinander angeordneten Rotorplatten 16, mit darin angeordneten Permanentmagneten 18 und Positionsmagneten 27.
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6a zeigt eine Perspektivansicht eines Schnitts durch den Rotor 15 ohne Rotorwelle 23.
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Man erkennt hier, dass die mittlere Rotorplatte gegenüber beiden äußeren Rotorplatten 16 verdreht angeordnet ist, sodass die nach innen gerichtete Verzahnung 20 um eine halbe Zahnteilung verdreht worden ist. In Kombination mit der Auskragung 25 der nicht dargestellten Rotorwelle 23 führt dieses Verdrehen der mittleren Rotorplatte 16 zu der Befestigung in Axialrichtung X. Ferner erkennt man die an den beiden Außenseiten angeordnete Deckscheibe 26, welche die flächigen Seiten der zwischen ihnen angeordneten Rotorplatten 16 bedeckt.
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6b zeigt eine Perspektivansicht eines Schnitts durch den Rotor 15 mit Rotorwelle 23. Auch hier kennt man, dass die beiden in Axialrichtung voneinander beabstandeten Auskragungen 25 der Rotorwelle 23 die mittlere Rotorplatte 16 umschließen, sodass eine Bewegung der Rotorplatte 16 in Axialrichtung unterbunden ist.
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7a zeigt eine Schnittansicht durch den Rotor 15, bei der man die mehreren in Axialrichtung X übereinander gestapelten Lagen an Rotorplatten 16 erkennen kann. Diese können dabei vollflächig miteinander verklebt sein, was auch für die an den beiden Außenseiten angeordneten Deckscheiben 26 gilt. Auch hier kennt man erneut die in Axialrichtung X voneinander beabstandeten Auskragungsverzahnungen, die in ihrem in Axialrichtung sich erstreckenden Zwischenbereich die mittlere Rotorplatte 16 aufnehmen.
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7b zeigt eine weitere Schnittansicht durch den Rotor 15, die in der Drehrichtung des Rotors 15 gegenüber der vorhergehenden 7a versetzt ist. Neben den beiden Deckscheiben 26 und den drei Rotorplatten 16 ist nun ein Traktionsmagnet 18 sowie ein Passstift 30 zu erkennen, der die Funktion aufweist, einen in die Ausnehmung eingesteckten Magneten 18 zu fixieren. Weiter radial nach innen versetzt ist auch ein Positionsmagnet 27 zu erkennen, der in Zusammenarbeit mit einer entsprechenden Sensorik die genaue Lage des Rotors 15 an eine Steuereinheit übermitteln kann.
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8 zeigt eine Perspektivansicht einer Rotorplatte 16 mit darin aufgenommenen Permanentmagneten 18 und Positionsmagneten 28. Für den Zusammenbau des Rotors 15 kann es von Vorteil sein, wenn die unterschiedlichen Arten von Magneten (Traktionsmagnet 18 und Positionsmagnet 27) zusammen mit den Passstiften 30 in die mittlere Rotorplatte 16 eingesteckt werden, sodass das nachfolgende Montieren der anderen Rotorplatten 16 auf der Rotorwelle 23 leichter von der Hand geht.
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9 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Rotorplatte 16 mit in einer Magnetausnehmung 17 aufgenommenen Permanentmagnet 18. Zudem erkennt man, dass an der radial inneren Kante der Magnetausnehmungen 17 jeweils ein in Radialrichtung verlaufender Schnitt vorgesehen ist, der sich dann in zwei in Umfangsrichtung bzw. dazu senkrecht verlaufende Schnitte aufteilt. Diese Schnitte bewirken die Erzeugung eines Federelements 29 zum Einfügen des Magneten 18 in die dafür vorgesehene Ausnehmung 17. Die beiden durch den in Radialrichtung verlaufenden Schnitt getrennten Kanten an der radial inneren Seite der Ausnehmung 17 können radial nach innen weggedrückt werden, was ein Einführen des Magneten 18 in die Ausnehmung 17 erleichtert. Um dennoch ein ausreichendes Maß an Festigkeit des Magnets 18 in seiner Ausnehmung 17 zu erlangen kann dabei ein Passstift 30 in eine Durchführung durch die Rotorplatte 16, welche die beiden Schenkel des Federelements wieder gegen den eingeführten Magneten 18 drückt, eingeführt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Rotors wird dann erreicht, wenn die Rotorplatten 16 in ungerader Zahl vorliegen, so dass es dann eine definierte mittlere Rotationsplatte gibt und eine Bewegung in Axialrichtung zu beiden Richtungen hin unterbunden werden kann.
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Auch ist es von Vorteil, wenn jede der mehreren Lagen von Rotationsplatten 16 eine identische Wandstärke aufweist (beispielsweise im Bereich von 3,0 - 3,4, mm vorzugsweise im Bereich von 3,1 - 3,3 mm), sodass die Herstellung dieser mehreren Rotorplatten 16 in höherer Stückzahl erfolgen kann.
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Weiter kann von Vorteil sein, wenn mehrere oder alle der Rotorplatten aus einem GFK-Multiaxialgelegen im Nasspressverfahren hergestellt sind.
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Auch die beiden Deckscheiben 26 können dabei einen identischen strukturellen Aufbau wie die verwendeten Rotorplatten 16 aufweisen und ebenfalls im Nasspressverfahren erzeugt werden. Die Dicke der Deckscheiben 26 liegt dabei vorzugsweise im Bereich von 0,25-0,35 mm.
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Das Einarbeiten der Profilierung am inneren Umfangsrand der Rotorplatten 16 und auch der Ausnehmungen zum Aufnehmen der Magneten kann dabei mittels Wasserstrahlschneiden durchgeführt werden.
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Ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Rotors 15 kann dabei wie folgt aussehen. Zunächst werden die Rotorplatten 16 mit der Rotorwelle 23 verklebt oder, sofern sowohl die Rotorplatte 16 wie auch die Rotorwelle aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, diese in Form eines noch nicht fertigen Halbzeugs entsprechend aneinander positioniert und dann zusammen in einem gemeinsamen Arbeitsschritt mit einer Matrix infiltriert. Das gemeinsame Infiltrieren sorgt dann dafür, dass die unterschiedlichen Komponenten (Rotorwelle 23 und Rotorplatten 16) ebenfalls miteinander verklebt sind.
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Bei bereits ausgehärteten einzelnen Komponenten kann - wie bereits oben gesagt - eine herkömmliche Verklebung verwendet werden, wobei zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Klebespalt dem dabei verwendeten Kleber Glaskügelchen mit einem definierten Durchmesser als Abstandshalter beigemischt werden können.
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Die mittlere Rotorplatte 16, die in Axialrichtung zwischen den beiden Auskragungen 25 der Rotorwelle 23 angeordnet ist, wird dabei vorzugsweise ohne Kleber in die Rotorwellennut montiert, wobei die gewünschte Rechtwinkligkeit durch eine enge Nutbreitentoleranz zwischen dieser und der Rotorwelle erreicht wird. In anderen Worten bedeutet dies, dass der Abstand der beiden Auskragungen 25 in Axialrichtung ziemlich genau der Dicke der zwischen ihnen aufzunehmenden Rotorplatte 16 entspricht.
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Nachdem man die Rotorplatte 16 zwischen die beiden Auskragungen 25 eingebracht hat, wird diese in Drehrichtung verdreht, sodass die Verzahnung der Rotorplatte 16 nun an den Auskragungen in Axialrichtung angreift und ein Bewegen in Axialrichtung nicht mehr möglich ist. Nun werden noch von oben und unten zwei weitere Rotorplatten herangeführt, die einen Formschluss mit einer jeweiligen Auskragung 25 der Rotorwelle 23 bilden. Dadurch wird eine Verdrehsicherung in der Drehrichtung des Rotors 15 erreicht. Anschließend kann dann durch ein Einführen der Magnete in die gestapelten Rotorscheiben und die dadurch entstandenen Aufnahmebereiche eine Verdrehung der mehreren Rotor Platten 16 untereinander verhindert werden, sodass die Rotorplatten in einer Art Bajonettverschluss an der Rotorwelle 23 gesichert sind. Es ist aber ebenso gut möglich, die Magnete bereits vorab in eine der Rotorplatten 16 einzustecken.
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Bei einer entsprechenden Auswahl und Winkelanordnung für die unterschiedlichen Ausnehmungen der Magnete sowie der nach innen ragenden Verzahnung (Kontur 20) können für alle verwendeten Scheiben eine identische Form vorliegen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass bereits vor einem Infiltrieren einer Matrix die beiden Deckscheiben mit den jeweiligen Außenseiten der Rotorplatten 16 verbunden werden können, um ein unkontrolliertes Austreten von Klebstoff bzw. einer Matrix zu vermeiden.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Magnete trocken oder verklebt in der mittleren Rotorscheibe vormontiert sein können.
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Dass Einpressen von Passstiften 30 ermöglicht eine reibschlüssige Fixierung der Traktionsmagnete 18 während der Montage in einem trockenen Zustand oder mit bereits aufgetragenen Klebstoff.
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Die durch Schnitte voneinander getrennten Bereiche des Federelements 29 stellen dabei Federarme dar, die sich nach einem Einfügen eines Magnets 18 in der Ausnehmung 17 reibschlüssig an diesen anlegen, ohne dass durch diese Federarme bei dem Einpressen eine Beschädigung verursacht wird. Zudem wird die durch die Federelemente ausgeübte Flächenerpressung aufgrund der Beweglichkeit der Federarme beschränkt, sodass es bei einem Einpressvorgang bei einem nicht optimal auf die Abmessungen der Ausnehmung 17 abgestimmten Magneten 18 einen gewissen Toleranzbereich gibt.
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Im Ergebnis ist damit ein Rotor 15 gebildet, bei dem die Rotorplatten 16 formschlüssig mit der Rotorwelle 23 verklebt bzw. verbunden sind, sodass ein Schutz gegen äußere Einflüsse wie Fluide, oder Vibration vorliegt. Von Vorteil ist auch, dass die Klebeverbindung zwischen den mehreren Lagen an Rotorplatten 16 nicht primär dazu genutzt wird, eine Drehmomentkraft in der Drehrichtung zwischen den Platten zu übertragen, da dies auch über die innenliegende Verzahnung der Rotorplatten mit den Auskragungen der Rotorwelle 23 erfolgt.
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Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung die nachfolgend dargestellten Aspekte:
- 1. Rotor (15) für eine Axialflussmaschine, umfassend:
- mehrere in Axialrichtung (X) übereinander gestapelte Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten (16), die jeweils mehrere in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnete Magnetausnehmungen (17) zum Einführen von Permanentmagneten (18) aufweisen, wobei
- die Magnetausnehmungen (17) der mehreren übereinander gestapelten Lagen an Rotorplatten (16) in Axialrichtung (X) zueinander fluchtend ausgerichtet sind,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- jede der mehreren in Axialrichtung (X) übereinander gestapelten Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten (16) jeweils eine mittig angeordnete Ausnehmung (19) aufweist, deren radial innerer Rand durch eine umlaufend ausgebildete, sich abwechselnd radial nach innen und nach außen erstreckende Kontur (20) begrenzt ist, und vorzugsweise bei den mehreren in Axialrichtung (X) gestapelten Rotorplatten (16) diese Kontur (20) am radial inneren Rand in Axialrichtung (X) gesehen nicht fluchtet, bspw. indem eine der mehreren Rotorplatten (16) zu mindestens einer anderen der Rotorplatten (16) durch eine Drehung um die Rotationsachse (R) verdreht angeordnet ist.
- 2. Rotor (15) nach Aspekt 1, wobei die mehrere Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten (16) aus einem Faserverbundmaterial bestehen, vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, einem carbonfaserverstärkten Kunststoff, einem basaltfaserverstärkten Kunststoff oder einer Kombination bzw. einem Hybrid hiervon.
- 3. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1 oder 2, ferner umfassend:
- eine Rotorwelle (23), die in Axialrichtung (X) eine Durchführung (24) aufweist, um eine Ausgangswelle einer Axialflussmaschine drehfest aufzunehmen, wobei
- die Rotorwelle (23) zwei in Axialrichtung (X) voneinander beabstandete in Radialrichtung (Y) verlaufende Auskragungen (25) aufweist, deren radial äußerer Umfangsrand eine Kontur aufweist, die jeweils zum radial inneren Rand der mittigen Ausnehmung (19) einer scheibenförmigen Rotorplatte (16) komplementär ist, und zwischen den beiden in Axialrichtung (X) voneinander beabstandeten Auskragungen (25) eine scheibenförmige Rotorplatte (16) angeordnet ist, deren Kontur (20) des sich radial nach innen erstreckenden Rands der mittigen Ausnehmung (19) gegenüber der Kontur der beiden in Axialrichtung (X) zueinander beabstandeten Auskragungen (25) um die Rotationsachse (R) verdreht ist, sodass eine Bewegung der zwischen den beiden Auskragungen (25) angeordneten scheibenförmigen Rotorplatte (16) in Axialrichtung (X) gehemmt ist.
- 4. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 2 oder 3, wobei eine oder beide der in Axialrichtung (X) zueinander versetzten Auskragungen (25) der Rotorwelle (23) mit einer zugehörigen scheibenförmigen Rotorplatte (16) zusammenwirkt/en, deren mittig angeordnete Ausnehmung (19) sich formschlüssig an die Außenkontur der Auskragung anschließt, sodass bei einer Drehung der Rotorscheiben um die Rotationsachse (R) eine Kraftübertragung zwischen den scheibenförmigen Rotorplatten (16) und der Rotorwelle (23) stattfindet.
- 5. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1-4, wobei die mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) miteinander verklebt, insbesondere vollflächig verklebt sind, vorzugsweise durch das Infiltrieren einer Matrix, bspw. Epoxydharz, in die mehreren scheibenähnlichen Rotorplatten (16).
- 6. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1-5, wobei durch das Einstecken von Magneten in die in Axialrichtung (X) miteinander fluchtenden Magnetausnehmungen (17) die Gesamtheit der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) in Axialrichtung (X) und in Rotationsrichtung gesichert sind.
- 7. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1-6, wobei jede der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) identisch ausgebildet ist.
- 8. Rotor (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1-7, wobei an den beiden Außenseiten der übereinander gestapelten Lagen von scheibenförmigen Rotorplatten (16) jeweils eine Deckscheibe (26) vorgesehen ist, die die Magnetausnehmungen (17) und/oder die sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckende Kontur (20) der mittigen Ausnehmung (19) bedeckt.
- 9. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (15) nach einem der vorhergehenden Aspekte 1-8, wobei in dem Verfahren:
- eine erste Lage einer scheibenähnlichen Rotorplatte (16) auf die Rotorwelle (23) aufgesteckt wird und zwischen zwei in Axialrichtung (X) der Welle beabstandete Auskragungen (25) angeordnet und dort so verdreht wird, dass eine weitere Bewegung in Axialrichtung (X) aufgrund des Vorhandenseins der beiden Auskragungen (25) gehemmt ist,
- eine zweite und eine dritte Lage von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) an beiden Seiten der ersten Lage angeordnet werden, wobei deren mittigen Ausnehmung (19) mit der sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckenden Kontur (20) mit der dazu komplementär ausgeformten Auskragung (25) der Rotorwelle (23) einen Formschluss bildet und die Magnetausnehmungen (17) der mehreren Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) dabei in Axialrichtung (X) fluchten, und vorzugsweise
- Magnete (18) in die in Axialrichtung (X) fluchtenden Magnetausnehmungen (17) gesteckt werden, sodass die einzelnen Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) zueinander verdrehsicher angeordnet sind.
- 10. Verfahren zum Herstellen eines Rotors (15) nach dem vorhergehenden Aspekt 9, wobei in dem Verfahren ferner:
- an den beiden Außenseiten der aufeinander gestapelten Lagen von scheibenähnlichen Rotorplatten (16) jeweils eine Deckscheibe (26) aufgesteckt wird, die die miteinander fluchtenden Magnetausnehmungen (17) der mehreren Lagen sowie die sich abwechselnd radial nach innen und radial nach außen erstreckende Kontur (20) an der mittigen Ausnehmung (19) abdeckt.
- 11. Verfahren zum Herstellen eines mit den Merkmalen des Aspekts 2 fortgebildeten Rotors (15), nach einem der vorhergehenden Aspekte 9 oder 10, wobei die einzelnen Lagen der scheibenähnlichen Rotorplatten (16) jeweils im Zustand einer Preform, also eines noch nicht fertigen Halbzeugs, dem die Matrix noch nicht hinzugefügt worden ist, auf die Rotorwelle (23) aufgesteckt werden, oder bereits mit einer Matrix versehene scheibenähnliche Rotorplatten (16) mit der Rotorwelle (23) verklebt werden.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Stator
- 2
- Statorgehäuse
- 21
- innere Umfangsnut in Statorgehäuse
- 22
- äußere Umfangsnut in Statorgehäuse
- 3
- Rückschlussblech
- 4
- Spulenwicklungen
- 5
- Spulenkörper
- 6
- Statorabdeckscheibe
- 61
- äußere Umfangskante der Statorabdeckscheibe
- 62
- innere Umfangskante der Statorabdeckscheibe
- 7
- Ausnehmung im Stator zum Aufnehmen eines Spulenkörpers
- 8
- kreisförmige Ausnehmung in der Mitte der Statorabdeckscheibe
- 9
- wellenartige Kontur
- 10
- Befestigungspin
- 11
- Werkzeugdeckel
- 12
- Werkzeugdeckelgegenstück
- 13
- Lager
- 14
- Durchführung durch den Stator zum Aufnehmen einer Rotorwelle
- 15
- Rotor
- 16
- Rotorplatte
- 17
- Magnetausnehmung in der Rotorplatte
- 18
- (Permanent-) Magnet
- 19
- mittige Ausnehmung der Rotorplatte
- 20
- wellenförmige Kontur am Innenumfang der Rotorplatte
- 23
- Rotorwelle
- 24
- Durchführung in der Rotorwelle für Ausgangswelle
- 25
- Auskragung der Rotorwelle
- 26
- Deckscheibe
- 27
- Positionsmagnet
- 28
- Positionsmagnetausnehmung
- 29
- Federelement
- 30
- Passstift
- X
- Axialrichtung
- Y
- Radialrichtung
- R
- Rotationsachse
