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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, aufweisend eine Axialflussmaschine, eine Rotorwelle und eine Trägerstruktur, wobei die Axialflussmaschine in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet ist und zum Antrieb der Rotorwelle konfiguriert ist, wobei die Axialflussmaschine einen kreisscheibenförmigen Rotor und mindestens ein, parallel zum Rotor angeordnetes, kreisscheibenförmiges Statorelement umfasst, wobei der Rotor fest mit der Rotorwelle verbunden ist und das Statorelement fest mit der Trägerstruktur verbunden ist.
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Im Gegensatz zu den deutlich weiter verbreiteten Radialflussmaschinen wird bei Axialflussmaschinen die Kraftwirkung auf den Rotor durch eine axiale, d.h. in Richtung der Drehachse verlaufende Magnetfeldkomponente erzeugt. Die beiden gängigsten Bauformen sind hierbei Maschinen mit einem einzelnen Rotor, der in Axialrichtung von zwei Statoren (Doppelstator) umgeben ist, und Maschinen, die einen zwischen zwei Rotoren (Doppelrotor) angeordneten Stator aufweisen. Derartige Axialflussmaschinen sind beispielsweise aus der
JP 2009-049085 A , der
JP 1999-009182 A und der
JP1999-69697 A bekannt.
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Axialflussmaschinen ermöglichen im Vergleich zu Radialflussmaschinen eine sehr kompakte Bauweise mit einer geringen axialen Abmessung und einer hohen Drehmomentdichte, wodurch sie sich insbesondere für Anwendungen eignen, bei denen Bauraum und Gewicht von großer Bedeutung sind. So werden Axialflussmaschinen beispielsweise häufig in der Prozessautomatisierung zum Antrieb von Leichtbaurobotern (LBRs) oder kollaborativen Robotern (Cobots) eingesetzt. Die Axialflussmaschine ist hier üblicherweise direkt in die Antriebseinheit eines Gelenk- oder Linearroboters eingebaut, wobei die von der Axialflussmaschine erzeugte Drehbewegung dabei in der Regel durch ein Untersetzungsgetriebe (auch als „Speed Reducer“ bezeichnet) übersetzt wird, so dass sich trotz der kompakten Bauweise ein hohes Drehmoment erzielen lässt.
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Beim Einbau der Axialflussmaschine in eine Antriebseinheit gestaltet sich die Handhabung der elektrischen Leitungen, die die Axialflussmaschine mit der Energieversorgung verbinden, häufig relativ aufwändig. Üblicherweise sind die Leitungen vergleichsweise leicht verformbar und müssen während des Herstellungsprozesses zunächst in die gewünschte Form und Position gebracht werden. Bei einer Fehlpositionierung der Leitungen besteht die Gefahr, dass die Isolierung der Leitungen oder deren empfindlichen Verbindungsstellen an der Axialflussmaschine während der Herstellung Schaden nehmen. Zudem müssen für die Leitungen Öffnungen vorgesehen werden, über die Staub oder Feuchtigkeit ins Innere der Antriebseinheit eindringen können.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Antriebseinheit zur Verfügung zu stellen, bei der die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit, aufweisend eine Axialflussmaschine, eine Rotorwelle und eine Trägerstruktur, wobei die Axialflussmaschine in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet ist und zum Antrieb der Rotorwelle konfiguriert ist, wobei die Axialflussmaschine einen kreisscheibenförmigen Rotor und mindestens ein, parallel zum Rotor angeordnetes, kreisscheibenförmiges Statorelement umfasst, wobei der Rotor fest mit der Rotorwelle verbunden ist und das Statorelement fest mit der Trägerstruktur verbunden ist, wobei an der Trägerstruktur eine Anschlussplatte mit einem elektrischen Anschlusselement und mindestens einem Federkontaktstift angeordnet ist, wobei das Anschlusselement auf der, der Axialflussmaschine abgewandten Fläche der Anschlussplatte angeordnet ist und zum Anschluss an eine elektrischen Energieversorgung konfiguriert ist, wobei der Federkontaktstift elektrisch leitend mit dem Anschlusselement verbunden ist und von der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte hervorsteht, wobei die Spitze des Federkontaktstifts ein an dem Statorelement angeordnetes Anschlusspad elektrisch leitend kontaktiert.
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Bei der erfindungsgemäßen Antriebseinheit wird die Stromzuführung des Stators nicht über flexible elektrische Leitungen realisiert, sondern über den Federkontaktstift und das Anschlusselement der Anschlussplatte. Auf diese Weise fungiert die Anschlussplatte als Abdeckung für die Ausnehmung der Trägerstruktur und dient gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung der in der Ausnehmung angeordneten Axialflussmaschine.
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Bei der Axialflussmaschine kann es sich insbesondere um eine Ausführung mit zwei Statorelementen handeln (Doppelstator). Die Mittelachse der Axialflussmaschine fällt mit der Drehachse des Rotors und der Rotorwelle zusammen und wird im Folgenden auch als Axialrichtung bezeichnet. Der Rotor und das Statorelement (oder die beiden Statorelemente) sind kreisscheibenförmig ausgebildet, parallel zueinander orientiert und bezüglich der Axialrichtung voneinander beabstandet, wobei die Abstände zwischen dem Rotor und dem Statorelement (oder den beiden Statorelementen) den axialen Gesamtluftspalt der Axialflussmaschine definieren. Die Axialflussmaschine ist in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet und insbesondere in diese eingepresst. Die Ausnehmung kann insbesondere zylinderförmig ausgebildet sein und im Inneren der Trägerstruktur angeordnet sein. Die Anschlussplatte ist insbesondere so an der Trägerstruktur angeordnet, dass sie eine Öffnung der Ausnehmung abdeckt. Vorzugsweise sind die Anschlussplatte und/oder die Öffnung der Ausnehmung kreisrund ausgebildet. Der Federkontaktstift steht von der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte hervor und weist insbesondere einen, in einer Hülse angeordneten Kontaktstift auf, der so konfiguriert ist, dass er beim Anpressen der Spitze an das Anschlusspad gegen eine Federkraft in die Hülse gedrückt wird. Insbesondere ist das, der Spitze entgegengesetzte Ende des Federkontaktstifts leitend dem Anschlusselement verbunden. Das Anschlusselement kann beispielsweise als Steckkontakt ausgebildet sein, so dass die elektrischen Zuführungen durch Einstecken mit der Anschlussplatte verbunden werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorwelle eine Durchgangsöffnung der Anschlussplatte durchragt und zwischen der Rotorwelle und der Anschlussplatte ein Drehlager angeordnet ist. Insbesondere ist die Durchgangsöffnung kreisrund und mittig in der Anschlussplatte angeordnet. Der Innenring des Drehlagers ist insbesondere fest mit der Rotorwelle verbunden, während der Außenring in der Durchgangsöffnung der Anschlussplatte angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Außenring fest mit dem Innenrand der Durchgangsöffnung verbunden. Auf diese Weise fungiert die Anschlussplatte zusätzlich als Lagerhalter für das Drehlager der Rotorwelle. Vorzugsweise weist die Antriebseinheit mindestens ein weiteres Drehlager auf, dessen Außenring fest mit der Trägerstruktur verbunden ist und dessen Innenring fest mit der Rotorwelle verbunden ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Drehlager und/oder dem mindestens einen weiteren Drehlager um Wälzlager, vorzugsweise um Kugellager.
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Vorzugsweise verschließt die Anschlussplatte eine Öffnung der Ausnehmung der Trägerstruktur dichtend, wobei zwischen der Anschlussplatte und der Trägerstruktur insbesondere ein O-förmiger Dichtungsring angeordnet ist. Vorzugsweise weist die Anschlussplatte eine in Umfangsrichtung umlaufende, nutförmige Ausnehmung auf, in der der Dichtungsring angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Ausnehmung mit dem Dichtungsring an der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte angeordnet. Insbesondere ist ein radialer Randbereich dieser (der Axialflussmaschine zugewandten) Fläche und/oder eine radiale nach außen weisende Umfangfläche der Anschlussplatte in mechanischem Kontakt mit der Trägerstruktur.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anschlussplatte mindestens drei Federkontaktstifte auf, wobei die Federkontaktstifte elektrisch leitend mit dem Anschlusselement verbunden sind und von der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte hervorstehen, wobei die Spitze jedes Federkontaktstifts jeweils ein an dem Statorelement angeordnetes Anschlusspad elektrisch leitend kontaktiert, wobei die Federkontaktstifte insbesondere entlang der Umfangsrichtung der Anschlussplatte um 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Insbesondere sind die drei Federkontaktstifte dazu konfiguriert, drei Phasen des Antriebstroms der Axialflussmaschine zu führen. Insbesondere sind die Federkontaktstifte über drei getrennte Leiter mit dem Anschlusselement verbunden. Denkbar ist auch, dass die Anschlussplatte nur zwei oder mehr als drei Federkontaktstifte aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anschlussplatte eine erste und zweite Platte umfasst, wobei die erste und zweite Platte aufeinander aufliegen und das Anschlusselement an der zweiten Platte angeordnet ist, wobei der mindestens eine Kontaktstift in einer Bohrung der ersten Platte angeordnet ist und einen Kontaktpunkt der zweiten Platte kontaktiert, wobei die zweite Platte mindestens eine Leiterbahn aufweist, die den Kontaktpunkt mit dem Anschlusselement leitend verbindet. Insbesondere ist die Leiterbahn auf die zweite Platte aufgedruckt. Der Kontaktpunkt der zweiten Platte ist insbesondere so angeordnet, dass er mit der Bohrung der ersten Platte in Deckung ist. Vorzugsweise ist der Kontaktstift formschlüssig in der Bohrung angeordnet, insbesondere in diese eingepresst. Für Ausführungsformen mit mehr als einem Kontaktstift ergibt sich analog, dass die Kontaktstifte in Bohrungen der ersten Platte angeordnet sind und die zweite Platte entsprechende Kontaktpunkte und Leiterbahnen aufweist, über die die Kontaktstifte mit dem Anschlusselement verbunden sind.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen dass der Kontaktpunkt und die Leiterbahn auf einer, der ersten Platte zugewandten Fläche der zweiten Platte angeordnet sind und das Anschlusselement auf einer der ersten Platte abgewandten Fläche der zweiten Platte angeordnet ist, wobei die zweite Platte mindestens eine Durchkontaktierung aufweist, die die Leiterbahn mit dem Anschlusselement leitend verbindet. Bei der Durchkontaktierung kann es sich beispielsweise um eine metallisierte Bohrung handeln, der die Vorder- und die Rückseite der zweiten Platte leitend verbindet. Die Gestaltung für mehr als einen Kontaktstift ergibt sich analog.
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Vorzugsweise weist die Anschlussplatte einen Positionierungsstift auf, der in einer Bohrung im ersten Statorelement angeordnet ist. Durch den Positionierungsstift lässt sich die Anschlussplatte bei der Herstellung der Antriebseinheit präzise positionieren. Vorzugsweise ist der Positionierungsstift formschlüssig in der Bohrung angeordnet. Der Positionierungsstift kann insbesondere von der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte hervorstehen und/oder in einer Bohrung der ersten Platte angeordnet sein. Insbesondere ist der Positionierungsstift bezüglich der Umfangsrichtung zwischen zwei Federkontaktstiften angeordnet. Denkbar ist auch, dass die Anschlussplatte mehr als einen Positionierungsstift aufweist.
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Vorzugsweise weist die Spitze des Federkontaktstifts einen kronenförmigen Kopf auf, der eine konvexe Kontaktfläche des Anschlusspads kontaktiert.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebemotor-System, insbesondere für einen Roboter, wobei das Getriebemotor-System ein Untersetzungsgetriebe und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit aufweist, wobei das Untersetzungsgetriebe durch die Rotorwelle antreibbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem Untersetzungsgetriebe um ein Spannungswellengetriebe („harmonic drive“) mit einem Wellengenerator („wave generator“), einem Außenring („circular spline“) und einem flexiblen Übertragungsring 32 („flexspline“) handeln. Zusätzlich kann das System einen Singleturn- oder Multiturn-Drehgeber zur Bestimmung der Winkelposition der Rotorwelle und/oder eine Bremsvorrichtung aufweisen. Das Getriebemotor-System kann beispielsweise in einem Leichtbauroboter (LBR) oder einem kollaborativen Roboter (Cobot) Verwendung finden. Die in Bezug auf die erfindungsgemäße Antriebseinheit beschriebenen Gestaltungsmöglichkeiten und Vorteile übertragen sich analog auf das erfindungsgemäße Getriebemotor-System.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Antriebseinheit oder eines Getriebemotor-Systems wobei bei dem Verfahren
- -- in einem ersten Schritt eine mit einer Rotorwelle verbundene Axialflussmaschine und eine Trägerstruktur bereitgestellt wird, wobei die Axialflussmaschine einen kreisscheibenförmigen Rotor und mindestens ein, parallel zum Rotor angeordnetes, kreisscheibenförmiges Statorelement umfasst, wobei der Rotor fest mit der Rotorwelle verbunden ist;
- -- in einem zweiten Schritt die Axialflussmaschine derart in einer Ausnehmung der Trägerstruktur angeordnet wird, dass das Statorelement fest mit der Trägerstruktur verbunden ist; und
- -- in einem dritten Schritt an der Trägerstruktur eine Anschlussplatte mit einem elektrischen Anschlusselement und mindestens einem Federkontaktstift angeordnet wird, wobei das Anschlusselement auf der, der Axialflussmaschine abgewandten Fläche der Anschlussplatte angeordnet ist und zum Anschluss an eine elektrischen Energieversorgung konfiguriert ist, wobei der Federkontaktstift elektrisch leitend mit dem Anschlusselement verbunden ist und von der, der Axialflussmaschine zugewandten Fläche der Anschlussplatte hervorsteht, wobei beim Anordnen der Anschlussplatte an der Trägerstruktur die Spitze des Federkontaktstifts mit einem an dem Statorelement angeordneten Anschlusspad in einen elektrisch leitenden Kontakt gebracht wird.
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Insbesondere ist das Verfahren damit dazu geeignet, eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit oder des erfindungsgemäßen Getriebemotor-Systems herzustellen. Alle in Bezug auf die Antriebseinheit beschriebenen Ausgestaltungen und Vorteile übertragen sich analog auf das erfindungsgemäße Verfahren.
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Vorzugsweise wird die Axialflussmaschine im zweiten Schritt in die Ausnehmung der Trägerstruktur eingepresst. Insbesondere erfolgt das Einpressen mit einem Presswerkzeug, wobei ein Oberwerkzeug des Presswerkzeugs eine Kraft auf die Axialflussmaschine ausübt, und die Trägerstruktur bei der Krafteinwirkung auf einem Unterwerkzeug aufliegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
- 1 den Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Axialflussmaschine;
- 2 den Einbau der aus dem Stand der Technik bekannten Axialflussmaschine in eine Trägerstruktur;
- 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
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In 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer aus dem Stand der Technik bekannten Axialflussmaschine 2 in einer perspektivischen Explosionszeichnung abgebildet. Die Axialflussmaschine 2 besteht aus zwei, in eine zylindermantelförmige Hülse 14 eingepressten Statorelementen 6, 7 und einem zwischen den Statorelementen 6, 7 angeordneten Rotor 5. Als Bezugsachse dient im Folgenden die parallel zur Mittelachse der Axialflussmaschine 5 verlaufende Axialrichtung 28, die im eingebauten Zustand der Axialflussmaschine 5 mit der Erstreckungsrichtung der Rotorwelle 3 (vgl. 2 und 3) zusammenfällt.
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Der Rotor 5 besteht aus einem, an einer Nabe 21 angeordneten Grundkörper 22, der entlang der Umfangsrichtung mehrere Ausnehmungen aufweist, in denen kreissektorförmige Permanentmagnete 23 angeordnet sind, die die Pole des Rotors 5 bilden. Der Grundkörper 22 kann dabei beispielsweise durch einen Pressling aus weichmagnetischen Kompositmaterial (Soft Magnetic Composite, SMC) gebildet werden. Jedes der beiden Statorelemente 6, 7 besteht aus einer kreisscheibenförmigen, mehrlagigen Leiterplatte (Multilayer Printed Circuit Board), die neben einer zentral angeordneten Durchgangsöffnung (die von der Nabe 21 des Rotors 5 durchragt wird) mehrere, entlang der Umfangsrichtung 23 angeordnete Ausnehmungen aufweist, die von als Lagen der Leiterplatte ausgebildeten Spulen eingeschlossen werden (die Ausnehmungen und Spulen sind in der Abbildung nicht sichtbar). In den Ausnehmungen sind magnetisierbare Körper 24 aus SMC angeordnet, die die Statorzähne des jeweiligen Statorelements 6, 7 bilden (hier nur bei dem ersten Statorelement 6 sichtbar). Auf der axial nach außen weisenden Seite der Statorelemente 6, 7 ist jeweils ein ringförmiges Rückschlusselement 25 an der Leiterplatte angeordnet (hier nur bei dem zweiten Statorelement 7 sichtbar), das einstückig mit den Zahnkörpern 24 ausgebildet ist. Der Anschluss an die äußere Stromversorgung erfolgt über elektrische Leitungen 17, die mit dem Statorelement 6 verbunden sind, während die elektrische Verbindung zwischen den Statorelementen 6, 7 durch die inneren Verbindungsstifte 15 hergestellt wird.
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Bei der dargestellten Axialflussmaschine 2 handelt es sich um eine rahmenlose Bauform, die weder ein Lager für den Rotor 5, noch ein zusätzliches Gehäuse aufweist und bei der Stator 6, 7 und Rotor 5 direkt in einem Getriebemotor-System 10 montiert werden (vgl. 2).
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2 illustriert die technischen Nachteile eines aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahrens eines Getriebemotor-Systems 30. In dem dargestellten Getriebemotor-System 30 ist die Axialflussmaschine 2 (von der in 1 dargestellten Bauart) über eine, fest mit dem Rotor 5 verbundene Welle 3 an das Untersetzungsgetriebe 20 gekoppelt. Alle diese Komponenten 2, 3, 20 sind in einer gemeinsamen Trägerstruktur 4 angeordnet, so dass die Anordnung anschließend als integrierte Einheit verbaut werden kann. Bei der Herstellung des Getriebemotor-Systems 30 wird die Axialflussmaschine 2, wie hier dargestellt, mit dem Presswerkzeug 26 in eine zylinderförmige Ausnehmung im Innern der Trägerstruktur 4 eingepresst, so dass die Hülse 14 und damit die Statoren 6, 7 der Axialflussmaschine 2 fest mit der Trägerstruktur 4 verbunden sind. Um die am Statorelement 6 angebrachten Leitungen 17 beim Aufbringen der hohen Presskraft nicht zu beschädigen, weist das Presswerkzeug 26 nutförmige Ausnehmungen 27 für die Leitungen 17 auf.
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Bei diesem Herstellungsschritt ergeben sich die folgenden Schwierigkeiten: Dadurch, dass die Leitungen 17 relativ leicht verformbar sind und damit keine stabile Form aufweisen, müssen sie vor dem Pressvorgang zunächst in die gewünschte Form gebracht werden, so dass sich beim Zusammenbau des Systems 30 ein zusätzlicher Aufwand ergibt. Beim Pressvorgang selbst wird eine hohe Presskraft aufgebracht, so dass selbst bei einer geringen Fehlpositionierung der Leitungen 17 die Gefahr besteht, dass die Leitungen 17, deren Isolierung oder die empfindlichen Verbindungsstellen am Stator 6 Schaden nehmen. Selbst bei einer genauen Positionierung der Leitungen 17 gestaltet es sich in der Regel außerordentlich schwierig, die Leitungen 17 so in die Ausnehmungen 27 zu legen, dass sie beim Pressen keinem mechanischen Druck ausgesetzt sind. Um Beschädigungen zu vermeiden, darf über den gesamten Verlauf der Leitungen 17 ein minimaler Krümmungsradius nicht unterschritten werden. Daher sind die Leitungen 17 so am Stator 6 angebracht, dass sie zunächst senkrecht zur Axialrichtung verlaufen und es daher an den Stellen, an denen die Leitungen 17 in die im Wesentlichen axial verlaufenden Ausnehmungen 27 umgebogen sind, schwierig ist, ein Zusammendrücken vollständig zu vermeiden.
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Von der Gefahr einer mechanischen Beschädigung abgesehen, ergibt sich das zusätzliche Problem, dass die Leitungen 17 aus der als Gehäuse fungierenden Trägerstruktur 4 herausgeführt werden müssen, das Innere der Trägerstruktur 4 jedoch gleichzeitig nach außen hin abgedichtet sein sollte um den sicheren Betrieb der elektrischen Komponenten nicht zu gefährden. So müssen beispielsweise für kollaborative Roboter international geltende Sicherheitsstandards (nach Schutzart IP54) bezüglich des Eindringens von Staub und Wasser eingehalten werden. Üblicherweise weist die Trägerstruktur 4 eine Abdeckung mit einer Öffnung auf, durch die die Leitungen nach außen geführt werden und die zwar mit einer Abdichtung, beispielsweise in Form einer Durchführungstülle, versehen ist, jedoch nur schwer die erforderliche Dichtheit erzeugen kann.
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In 3 ist ein Getriebemotor-System 30 mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 in einer Schnittdarstellung abgebildet. Das Getriebemotor-System 30 umfasst eine Trägerstruktur 4 mit einer zylinderförmigen Ausnehmung im Inneren, in der eine Axialflussmaschine 2 angeordnet ist, deren Aufbau bis auf die elektrische Kontaktierung des Statorelements 6 im Wesentlichen der in 1 dargestellten Bauform entspricht. Die Axialflussmaschine 2 umfasst den mit der Welle 3 verbundenen Rotor 5, der zwischen zwei, in eine Hülse 14 eingepresste Statorelementen 6, 7 angeordnet ist. Die Außenfläche der Hülse 14 ist fest mit der Trägerstruktur 4 verbunden, so dass das von der Axialflussmaschine 2 erzeugte Drehmoment zwischen Rotor 5 und Stator 6, 7 eine Drehung der Welle 3 relativ zur Trägerstruktur 4 antreibt. Die Welle 3 ist durch die Wälzlager 31 und 36 drehbar gegenüber der Trägerstruktur 4 gelagert und mit einem Untersetzungsgetriebe 20 gekoppelt, das bei der dargestellten Ausführungsform als Spannungswellengetriebe ausgebildet ist. Das Spannungswellengetriebe 20 umfasst dabei einen Wellengenerator („wave generator“), der durch das Endstück 33 der Welle 3 gebildet wird, einen starren Außenring 34 („circular spline“) mit Innenverzahnung und einen dazwischen angeordneten, flexiblen Übertragungsring 32 („flexspline“) mit Außenverzahnung, der fest mit der Trägerstruktur 4 verbunden ist. Der Wellengenerator 33 weist einen elliptischen Querschnitt auf und rollt mittels des Wälzlagers 37 so auf dem Übertragungsring 32 ab, dass dieser fortlaufend zu einem Oval verformt wird und dabei an zwei gegenüberliegende Seiten seines Umfangs mit dem Außenrings 34 in Eingriff steht. Durch die leicht unterschiedliche Anzahl an Zähnen des Übertragungsrings 32 und des Außenrings 34 entsteht eine Drehmomentübertragung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis, so dass sich durch das Getriebemotor-System 30 trotz der kompakten Anordnung ein entsprechend hohes Drehmoment erzielen lässt.
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Im Gegensatz zu der in 2 abgebildeten Ausführungsform erfolgt die Stromversorgung des Statorelements 6 nicht über elektrische Leitungen 17, sondern über drei Federkontaktstifte 9, deren Spitzen 19 an dem Statorelement 6 angeordnete Anschlusspads 16 elektrisch leitend kontaktieren. Die Federkontaktstifte 9 sind wiederum an einer kreisscheibenförmigen Anschlussplatte 10 angeordnet und mit einem, als Steckkontakt ausgebildeten Anschlusselement 8 verbunden, das auf der, der Axialflussmaschine 2 abgewandten Fläche 11 der Anschlussplatte 10 angebracht ist. Die Anschlussplatte 10 besteht aus zwei verschiedenen, aufeinander aufliegenden Platten 41, 42 und weist eine mittig angeordnete kreisrunde Durchgangsöffnung auf, die von der Welle 3 durchragt wird. Die Anschlussplatte 10 fungiert gleichzeitig als Lagerhalter für das Drehlager 31, das zwischen der Welle 3 und dem Innenrand der mittigen Öffnung der Anschlussplatte 10 angeordnet ist. Um den Innenraum der Trägerstruktur 4 staub- und flüssigkeitsdicht abzudecken, weist die Anschlussplatte 10 zusätzlich auf der, der Axialflussmaschine 2 zugewandten Seite eine umlaufenden, nutförmige Ausnehmung auf, in der ein dichtender O-Ring 18 angeordnet ist, der an einer, senkrecht zur Axialrichtung 28 verlaufenden Fläche der Trägerstruktur 4 anliegt. Um bei der Herstellung des Getriebemotor-Systems 30 eine exakte Positionierung der Anschlussplatte 10 sicherzustellen, weist die Anschlussplatte weiterhin einen Positionierungsstift 13 auf, der in einer Bohrung im ersten Stator 6 angeordnet ist. Auf der, der Axialflussmaschine abgewandten Seite der Anschlussplatte 10 können weitere Elemente des Getriebemotor-Systems 30 angeordnet sein, wie beispielsweise ein Singleturn- oder Multiturn-Drehgeber zur Bestimmung der Winkelposition der Welle 3 und eine Bremsvorrichtung, mit der sich ein abbremsendes Drehmoment auf die Welle 3 ausüben lässt.
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In der 3 sind auf der rechten Seite zusätzlich die beiden Schichten 41, 42 der Anschlussplatte 10 in einer Aufsicht dargestellt. Die erste Schicht 41 wird durch eine kreisrunde Platte gebildet, die dazu dient, die Federkontaktstifte 9, den Dichtungsring 18 und das Drehlager 31 aufzunehmen und stabil in Position zu halten. Die zweite Schicht 42 besteht ebenfalls aus einer kreisrunden Platte und enthält das als Steckkontakt ausgebildete Anschlusselement 8 und die Leiterbahnen 45, die die elektrische Verbindung zwischen den Federkontaktstiften 9 und dem Anschlusselement 8 herstellen. Die erste Platte 41 weist drei Bohrungen 44 auf, die in Abständen von 120° entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind und in die die Federkontaktstifte 9 eingeführt werden. Zusätzlich weist die erste Platte 41 eine weitere, symmetrisch zwischen zwei der Bohrungen 44 angeordnete Bohrung 43 für den Positionierungsstift 13 auf. Die zweite Platte 42 weist auf der, der ersten Platte 41 zugewandten Fläche 48 (hier in Aufsicht dargestellt, vgl. die Seitenansicht ganz rechts) drei Kontaktpunkte 47 auf, die mit den Bohrungen 44 der ersten Platte 41 in Deckung sind und die Federkontaktstifte 9 elektrisch kontaktieren. Die Kontaktpunkte 47 sind über drei aufgedruckte Leiterbahnen 45 mit den Durchkontaktierungen 46 verbunden, die wiederum die elektrische Verbindung mit dem Anschlusselement 8 herstellen, das auf der, der ersten Platte 41 abgewandten Fläche 11 angeordnet ist. Zwischen den beiden Aufsichten auf die Platten 41, 42 ist zusätzlich eine Detaildarstellung der Spitze 19 des Federkontaktstifts 9 abgebildet, die die Form einer vierzackigen Krone aufweist und ein konvex gewölbten Kontaktpunkt des Anschlusspads 16 kontaktiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Axialflussmaschine
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Trägerstruktur
- 5
- Rotor
- 6
- erstes Statorelement
- 7
- zweites Statorelement
- 8
- Anschlusselement
- 9
- Federkontaktstift
- 10
- Anschlussplatte
- 11
- der Axialflussmaschine abgewandte Fläche
- 12
- der Axialflussmaschine zugewandte Fläche
- 13
- Positionierungsstift
- 14
- Hülse der Axialflussmaschine
- 15
- innere Verbindungsstifte
- 16
- Anschlusspad
- 17
- elektrische Leitungen
- 18
- Dichtungsring
- 19
- Spitze des Federkontaktstifts
- 20
- Untersetzungsgetriebe
- 21
- Nabe
- 22
- Grundkörper des Rotors
- 23
- Permanentmagnete
- 24
- Statorzähne
- 25
- Rückschluss
- 26
- Presswerkzeug
- 27
- Ausnehmungen des Presswerkzeugs
- 28
- Axialrichtung
- 30
- Getriebemotor-System
- 31
- erstes Wälzlager
- 32
- Übertragungsring
- 33
- Wellengenerator
- 34
- Außenring
- 35
- zweites Wälzlager
- 36
- drittes Wälzlager
- 37
- viertes Wälzlager
- 41
- erste Platte
- 42
- zweite Platte
- 43
- Bohrung für Positionierungsstift
- 44
- Bohrungen für Federkontaktstifte
- 45
- aufgedruckte Leiterbahnen
- 46
- Durchkontaktierungen
- 47
- Kontaktpunkte für Federkontaktstifte
- 48
- bedruckte Fläche der zweiten Platte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2009049085 A [0002]
- JP 11009182 A [0002]
- JP 11069697 A [0002]
