DE102006011246A1

DE102006011246A1 - Electromechanical turning machine e.g. rotary drive, for use in e.g. industrial automation, has gear stage converting rotary movement of rotor relative to inner and outer rings into relative rotation of rings relative to each other

Info

Publication number: DE102006011246A1
Application number: DE200610011246
Authority: DE
Inventors: Gangolf Jobb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13

Abstract

The machine has an inner ring (2) arranged in an outer ring (3) and rotatably supported relative to the outer ring. An electromechanical energy converter (12) is placed in a circular gap (4) between the rings, and has a stator and a rotor. A gear stage converts a rotary movement of the rotor relative to the rings into a relative rotation of the rings relative to each other. The stage has a set of planetary gears (8) with two rolling engagement sections (9, 10) having different pitch circle diameters. The sections stand in rolling engagement with the rings and the rotor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Drehmaschine, vorzugsweise einen Drehantrieb, mit einem Außenring und einem Innenring, der in dem Außenring angeordnet und relativ zu dem Außenring drehbar gelagert ist, sowie einem elektromechanischen Energiewandler, der in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen Außen- und Innenring aufgenommen ist und einen Stator sowie einen Rotor aufweist, wobei zwischen dem Außenring und dem Innenring eine Getriebestufe vorgesehen ist, durch die eine Drehbewegung des Rotors relativ zu den Innen- und Außenringen in eine Relativdrehung des Außenrings und des Innenrings relativ zueinander und umgekehrt umsetzbar ist.The The present invention relates to an electromechanical lathe, preferably a rotary drive, with an outer ring and an inner ring, in the outer ring arranged and rotatably mounted relative to the outer ring, and an electromechanical energy converter operating in an annular space between foreign and inner ring is received and a stator and a rotor having, between the outer ring and the inner ring is provided with a gear stage through which a Rotary movement of the rotor relative to the inner and outer rings in a relative rotation of the outer ring and the inner ring relative to each other and vice versa is feasible.

Derartige Drehantriebe können in der Robotik, der industriellen Automation, bei elektrischen Fahrzeugen oder auch in der Energietechnik Verwendung finden. Insbesondere können solche Drehmaschinen auch in Windkraftanlagen als untersetzende Stromgeneratoren mit Lagerfunktion ausgebildet sein, oder auch als Stellantriebe für die Rotorblätter vorgesehen werden, sowie allgemein in der Energietechnik zur Umwandlung langsamer Drehbewegungen in elektrischen Strom dienen. Eine besondere Anforderung bei solchen Drehantrieben, wie sie beispielsweise in der Robotik eingesetzt werden, ist eine besonders kompakte Bauweise. Nichtsdestotrotz müssen hohe Drehmomente erzeugbar sein, um die entsprechenden Bewegungen auch unter hohen Lasten präzise ausführen zu können.such Rotary actuators can in robotics, industrial automation, electric vehicles or be used in energy technology. Especially can such lathes in wind turbines as a set Power generators be designed with bearing function, or as Actuators for the rotor blades be provided, as well as generally in the energy technology for conversion serve slower rotational movements in electrical current. A special Requirement in such rotary actuators, as for example in the Robotics are used is a particularly compact design. Nonetheless high torques can be generated to the corresponding movements precise even under high loads To run to be able to.

Bislang ist es üblich, zur elektromechanischen Erzeugung hoher Drehmomente einen schnelldrehenden Elektromotor durch Zwischenschalten eines Untersetzungsgetriebes an eine Antriebswelle zu koppeln, wobei Motor, Getriebe und auch die Lager der Antriebswelle regelmäßig eigene Baugruppen darstellen, die eigene Gehäuse besitzen. Hierdurch können zwar hohe Drehmomente bei gleichzeitig langsamen Bewegungsgeschwindigkeiten realisiert werden, die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes läuft jedoch dem Erfordernis einer kompakten Bauweise zuwider.So far it is usual, for the electromechanical generation of high torques a fast-rotating Electric motor by interposing a reduction gear to couple to a drive shaft, wherein engine, transmission and also the bearings of the drive shaft regularly represent their own assemblies, the own housing have. This allows Although high torques with simultaneously slow movement speeds be realized, the use of a reduction gear is running the requirement of a compact design.

Es finden deshalb auch bisweilen Direktantriebe Verwendung, bei denen ein Elektromotor mit großem Drehmoment die Antriebswelle ohne Zwischenschalten eines Getriebes dreht. Hierdurch verringert sich der konstruktive Aufwand erheblich, zudem werden die unvermeidlichen Verluste, vor allem aber das Spiel und die Elastizität eines nachgeschalteten Getriebes vermieden. Allerdings wird die erforderliche Kraft dann mit großem Gewicht und großem Volumen des Motors und letztlich auch mit hohen Kosten erkauft. Bei einer Verwendung als Schrittmotor ist der Schrittwinkel durch die Polteilung der Elektromaschine vorgegeben und nicht beliebig verkleinerbar.It Therefore sometimes find direct drives use in which an electric motor with big Torque the drive shaft without interposing a gearbox rotates. As a result, the design effort is reduced considerably, In addition, the inevitable losses, but especially the game and the elasticity avoided a downstream transmission. However, the required force then with great weight and large volume of the engine and ultimately also with high costs. At a Use as a stepper motor is the step angle through the pole pitch the electric machine specified and not arbitrarily reduced.

Einen elektromechanischen Direktantrieb mit gleichzeitiger Lagerfunktion beschreibt die DE 103 59 856 A1 , die vorschlägt, den Außenring und den Innenring des Elektromotors, die dessen Stator- und Rotorteile tragen, gleichzeitig als Lagerschalen auszubilden, die durch zwei Wälzlager zueinander drehbar gelagert sind. Die genannten Außen- und Innenringe sind axial über die Stator- und Rotorteile mit den entsprechenden Wicklungen hinaus beidseitig verlängert, so dass in den ringförmigen Zwischenräumen an den jeweiligen stirnseitigen Überstand ein Kugelrollenlager angeordnet werden kann. Diese vorbekannte Anordnung baut zwar in radialer Richtung relativ kompakt, in axialer Richtung ergibt sich jedoch durch die beidseitig angesetzten Lager zusätzliche Länge. Zudem besteht das zuvor genannte Problem, dass wegen der fehlenden Untersetzung hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen nur mit einem entsprechend großen Volumen und damit großen Gewicht des Motors erkauft werden kann.An electromechanical direct drive with simultaneous bearing function describes the DE 103 59 856 A1 , which proposes to form the outer ring and the inner ring of the electric motor, which carry its stator and rotor parts, at the same time as bearing shells, which are rotatably supported by two bearings to each other. Said outer and inner rings are extended axially on both sides beyond the stator and rotor parts with the corresponding windings, so that a ball roller bearing can be arranged in the annular intermediate spaces on the respective front projection. Although this known arrangement builds relatively compact in the radial direction, in the axial direction, however, additional length results from the bearings set on both sides. In addition, there is the aforementioned problem that due to the lack of reduction high torque at low speeds only with a correspondingly large volume and thus large weight of the engine can be purchased.

Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte elektromechanische Drehmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Vorzugsweise soll eine besonders kompakt bauende, konstruktiv einfache und damit kostengünstig herstellbare Drehmaschine geschaffen werden, die hohe Drehmomente auch bei niedrigen Drehzahlen erzeugen kann.Of the The present invention is based on the object, an improved electromechanical lathe of the aforementioned To create type that avoids the disadvantages of the prior art and the latter develops advantageously. Preferably should be a particularly compact, structurally simple and thus economical manufacturable lathe can be created, the high torques even at low speeds can produce.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektromechanische Drehmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this Task by an electromechanical lathe according to claim 1 solved. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Es wird also vorgeschlagen, zwischen dem Außenring und dem Innenring der elektromechanischen Drehmaschine als Getriebestufe ein Planetengetriebe, bei dem An- und Abtrieb koaxial zueinander angeordnet sind, vorzusehen, durch das eine Drehbewegung des Rotors relativ zu den Innen- und Außenringen in eine Relativdrehung der Außen- und Innenringe relativ zueinander und umgekehrt umsetzbar ist. Die Planetenräder besitzen dabei zwei Wälzeingriffsabschnitte mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern, von denen der eine mit dem Außen- und/oder Innenring und der andere mit dem Rotor in Wälzeingriff steht. Vorzugsweise stehen die Außen- und Innenringe mit dem Abschnitt mit kleinerem Teilkreisdurchmesser in Eingriff, während der Rotor mit dem Abschnitt mit größerem Teilkreisdurchmesser in Eingriff steht. Über das Getriebe werden der Außenring, der Innenring und der Rotor miteinander gekoppelt, wobei je nach Über- bzw. Untersetzung des Getriebes die gewünschte Drehzahlen- und Drehmomentumsetzung erreichbar ist. Insbesondere kann bei Ausbildung der Drehmaschine als Antrieb ein schnell laufender Rotor Verwendung finden, dessen hohe Drehzahl in eine relativ kleine Drehzahl von Außenring und Innenring relativ zueinander umgesetzt wird.It is therefore proposed, between the outer ring and the inner ring of the electromechanical lathe as a gear stage, a planetary gear, are arranged coaxially to each other in the input and output, through which a rotational movement of the rotor relative to the inner and outer rings in a relative rotation of the outside - And inner rings relative to each other and vice versa is implemented. The planet gears have two Wälzeingriffsabschnitte with different pitch diameters, one of which is in rolling engagement with the outer and / or inner ring and the other with the rotor. Preferably, the outer and inner rings are engaged with the smaller pitch diameter portion while the rotor is engaged with the larger pitch diameter portion. About the gearbox, the outer ring, the inner ring and the rotor are coupled together, depending on the ratio or reduction of the transmission, the desired speed and torque ment implementation is achievable. In particular, can be used in the design of the lathe as the drive, a fast-running rotor whose high speed is implemented in a relatively small speed of the outer ring and inner ring relative to each other.

Um trotz der Getriebestufe einen besonders kompakten Aufbau zu erreichen, kann in Weiterbildung der Erfindung auf separate Radiallager und ggf. auch auf separate Axiallager verzichtet werden. Die zwischen Außenring und Innenring vorgesehene Getriebestufe kann gleichzeitig ein Radial- und/oder Axiallager bilden, durch das der Außenring und der Innenring der Drehmaschine relativ zueinander drehbar gelagert sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Getriebestufe gleichzeitig auch ein Radial- und/oder Axiallager bilden, durch das der Rotor am Außenring und/oder am Innenring drehbar gelagert ist. Der Außenring stützt sich also über die Getriebestufe auf dem Innenring ab, so dass zumindest die Radialkräfte über die Getriebestufe abgetragen werden. Selbiges gilt vorteilhafterweise auch für den Rotor des elektromechanischen Energiewandlers. Durch den Verzicht auf separate Lager können nicht nur die entsprechenden Bauteile und damit Fertigungskosten eingespart werden, sondern auch Gewicht und Baugröße reduziert werden.Around despite the gear stage, to achieve a particularly compact construction, can in the invention to separate radial bearings and possibly also be dispensed with separate thrust bearing. The between outer ring and inner ring provided gear stage can simultaneously a radial and / or thrust bearing, through which the outer ring and the inner ring of Lathe are mounted rotatably relative to each other. alternative or additionally At the same time, the gear stage can also be a radial and / or thrust bearing form, through which the rotor on the outer ring and / or on the inner ring is rotatably mounted. The outer ring supports So over the gear stage on the inner ring, so that at least the radial forces on the Gear stage be removed. The same applies advantageously also for the rotor of the electromechanical energy converter. By the renunciation on separate bearings not only the corresponding components and thus saved manufacturing costs but also weight and size are reduced.

Grundsätzlich kommen für die Getriebestufe zwischen Außenring und Innenring verschiedene Getriebeausbildungen in Betracht. Insbesondere sind dabei die Planetenräder derart ausgebildet und am Innenring und Außenring derart abgestützt, dass sie gleichzeitig als Radiallager und/oder Axiallager für den Außenring und Innenring fungieren und die entsprechenden Lagerkräfte abtragen.Basically come for the Gear stage between outer ring and inner ring various transmission designs into consideration. Especially are the planetary gears designed and supported on the inner ring and outer ring such that at the same time as a radial bearing and / or thrust bearing for the outer ring and inner ring and remove the corresponding bearing forces.

Um eine besonders kompakt bauende Anordnung zu erreichen, kann auf einen separaten Planetenradträger verzichtet werden. Insbesondere können die Planetenräder schwimmend zwischen dem Außenring und dem Innenring gelagert sein, wobei vorteilhafterweise die Planetenräder mit einer Außenumfangsfläche des Innenrings und einer Innenumfangsfläche des Außenrings in Wälzeingriff stehen. Insbesondere können die Außen- und Innenringe entsprechende Umfangsverzahnungen besitzen, mit denen die Planetenräder kämmen.Around to achieve a particularly compact arrangement, can on a separate planet carrier be waived. In particular, the planet wheels can float between the outer ring and be mounted on the inner ring, wherein advantageously the planet gears with an outer peripheral surface of the Inner ring and an inner peripheral surface of the outer ring in rolling engagement stand. In particular, you can the outside and inner rings have corresponding circumferential teeth, with which the planet wheels comb.

Grundsätzlich könnte auch eine Reibradausbildung der Getriebestufe in Betracht kommt, bei der ein Wälzeingriff über Reibung erfolgt. Bevorzugt ist jedoch ein Verzahnungseingriff mit den Außen- und Innenringen und die entsprechende Ausbil dung der Planetenräder als Zahnräder, die mit entsprechenden Umfangsverzahnungen an den Außen- und Innenringen kämmen, um eine hinreichende Synchronität zu erreichen. Hierdurch wird Schlupf vermieden, zudem können hohe Drehmomente übertragen werden.Basically, too a Reibradausbildung the gear stage is considered, at the rolling engagement over friction he follows. However, a toothing engagement with the outer and inner rings is preferred and the corresponding Ausbil tion of the planet gears as gears, the with corresponding circumferential teeth on the outer and inner rings comb to a sufficient synchronicity to reach. As a result, slip is avoided, also high Transmit torques become.

Der Innenring der Drehmaschine bildet dabei mit seiner Außenumfangsverzahnung das Sonnenrad, um das die Planetenräder umlaufen. Gleichzeitig stehen die Planetenräder in Wälzeingriff mit dem Außenring, so dass die Umlaufbewegung der Planetenräder eine Relativbewegung zwischen Außenring und Innenring induziert.Of the Inner ring of the lathe forms with its outer peripheral teeth the sun wheel around which the planet wheels revolve. At the same time the planet wheels in rolling engagement with the outer ring, so that the orbital motion of the planet gears is a relative movement between Outer ring and Inner ring induced.

Angetrieben werden die Planetenräder vorteilhafterweise von dem Rotor des Energiewandlers her, der mit einer Umfangsfläche ebenfalls mit den Planetenrädern in Wälzeingriff steht, wobei speziell hier eine Reibradausbildung möglich ist, um ruhigen Lauf bei hohen Drehzahlen sowie ggf. einen Rutschkupplungseffekt zu erreichen. Bei hohen zu erzeugenden Drehmomenten ist hingegen eine Verzahnungsausbildung mit kämmendem Eingriff bevorzugt. Bei Ausbildung der Drehmaschine als Generator würde der Antrieb der Planetenräder in umgekehrter Richtung von der Relativbewegung zwischen Außenring und Innenring her erfolgen, so dass der Rotor durch die Umlaufbewegung der Planetenräder angetrieben wird.Driven become the planet wheels Advantageously ago by the rotor of the energy converter, with a peripheral surface also with the planet wheels in rolling engagement stands, whereby here in particular a friction wheel education is possible, for smooth running at high speeds and possibly a slipping clutch effect to reach. At high torque to be generated, however, is a gearing training with combing Intervention preferred. In training the lathe as a generator would the Drive the planetary gears in the reverse direction of the relative movement between the outer ring and inner ring forth, so that the rotor through the orbital motion the planet wheels is driven.

Insbesondere besitzt die Umfangsverzahnung des Rotors einen Teilkreisdurchmesser, der von den Teilkreisdurchmessern sowohl der Außenverzahnung des Innenrings als auch der Innenverzahnung des Außenrings abweicht.Especially the circumferential toothing of the rotor has a pitch circle diameter, that of the pitch diameters of both the outer teeth of the inner ring as well as the internal toothing of the outer ring deviates.

Die Planetenräder besitzen vorteilhafterweise zwei Verzahnungen mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern, wobei vorzugsweise die Außen- und Innenringe mit der Verzahnung mit kleinerem Teilkreisdurchmesser kämmen, während der Rotor mit der Verzahnung mit größerem Teilkreisdurchmesser kämmt.The planetary gears advantageously have two gears with different Partial circle diameters, wherein preferably the outer and inner rings with the To mesh toothing with smaller pitch diameter, while the rotor with the toothing with larger pitch circle diameter combs.

Um eine stabile Abstützung der Planetenräder vorzugsweise in der vorgenannten schwimmenden Weise zwischen Außen- und Innenringen zu erreichen, kann die mit den Außen- und Innenringen kämmende Verzahnung der Planetenräder zwei axial voneinander beabstandete Abschnitte aufweisen, zwischen denen die Verzahnung zum Eingriff mit dem Rotor angeordnet ist. Die Umfangsverzahnung des Außenrings oder die Umfangsverzahnung des Innenrings kann einen radialen Schlitz aufweisen, in dem die Verzahnung der Planetenräder läuft, die zum Eingriff mit dem Rotor vorgesehen ist. Die vorgenannten zwei voneinander axial beabstandeten Verzahnungsabschnitte laufen beidseitig des genannten Schlitzes in der Umfangsverzahnung des Außenrings oder des Innenrings, so dass die Planetenräder insgesamt stabil abgestützt sind.Around a stable support the planet wheels preferably in the aforementioned floating manner between outside and To achieve inner rings, the meshing with the outer and inner rings toothing the planet wheels have two axially spaced portions between which the toothing is arranged for engagement with the rotor. The peripheral teeth of the outer ring or the peripheral teeth of the inner ring may have a radial slot in which the teeth of the planetary gears running, which are adapted to engage with the Rotor is provided. The aforementioned two axially spaced from each other Gear sections run on both sides of said slot in the circumferential toothing of the outer ring or of the inner ring, so that the planet gears are supported stable overall.

Um eine stabile Abstützung des Außenrings relativ zum Innenring auch gegen Kippmomente zu erreichen, können in Weiterbildung der Erfindung zwei Sätze von Planetenrädern vorgesehen sein, die vorteilhafter Weise axial ausreichend weit voneinander beabstandet angeordnet, insbesondere an den stirnseitigen Endabschnitten von Außenring und Innenring zwischen diesen aufgenommen sind. Zusätzlich zur stabilen Abstützung von Außenring und Innenring hat diese Ausbildung der Getriebestufe mit zwei Sätzen von Planetenrädern auch noch den Vorteil, dass hohe Flächenpressungen an den Eingriffspunkten auch bei hohen Drehmomenten und damit Verzahnungsschädigungen, wie Mikrorisse, Ausbrüche und dergleichen, vermieden werden. Vorteilhafterweise kämmen beide Planetenrädersätze auch mit dem Rotor. Grundsätzlich wäre es zwar möglich, einen der Planetenrädersätze lastfrei sozusagen leer umlaufen zu lassen, so dass er lediglich zur Abstützung von Außen- und Innenring beitragen würde. Vorteilhafterweise übertragen jedoch beide Planetenrädersätze Drehmoment, so dass es zu einer Lastaufteilung und damit Verringerung der Belastung der Verzahnungen kommt.To a stable support of the outer ring relative to the inner ring against tilting moments too reach, two sets of planetary gears may be provided in a further development of the invention, which are arranged advantageously far enough axially spaced from each other, in particular at the front end portions of the outer ring and inner ring between them. In addition to the stable support of the outer ring and inner ring, this design of the gear stage with two sets of planetary gears also has the advantage that high surface pressures at the points of engagement even at high torques and thus tooth damage, such as microcracks, breakouts and the like, are avoided. Advantageously, both planetary gear sets also mesh with the rotor. In principle, it would indeed be possible for one of the planetary gear sets to be circulated without load, so to speak, so that it would only contribute to the support of the outer and inner ring. Advantageously, however, both planetary gear sets transmit torque, so that there is a load sharing and thus reducing the load on the teeth.

Um bei der vorgenannten Ausbildung der Planetenräder mit zwei Verzahnungen mit unterschiedlichem Teilkreisdurchmesser eine platzsparende Anordnung zu erreichen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Planetenräder mit ihren Verzahnungen mit großem Teilkreisdurchmesser einander überlappend angeordnet sind. Zusätzlich zur platzsparenden Anordnung können bei dieser Ausbildung auch besonders viele Planetenräder zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet werden, so dass es zu einer guten Kraftaufteilung kommt.Around in the aforementioned embodiment of the planet gears with two teeth with different pitch diameter a space-saving arrangement to achieve, is provided in development of the invention that the planet wheels with their gears with great Pitch circle diameter overlapping each other are arranged. In addition to space-saving arrangement can In this training, especially many planet gears between the outer ring and the inner ring are arranged so that there is a good force distribution.

Um die Radialkräfte zwischen Außenring und Innenring und/oder zwischen dem Rotor und dem Außen- oder Innenring in günstiger Weise abtragen zu können, kann in Weiterbildung der Erfindung die jeweilige Verzahnung an den Planetenrädern, den Außen- und Innenringen und/oder dem Rotor eine von der üblichen Evolventen-Verzahnung abweichende Zahnform besitzen. Die ideale Form findet sich zwischen der üblichen Evolventenform und einer Lagerwalze, insbesondere kann eine flache Wellenkurve als Zahnform vorgesehen sein, die dem Teil- bzw. Wälzkreis des jeweiligen Zahnrads überlagert ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Zahnform der Planetenräder einer Sinuskurve entsprechen, wobei die Zahnform der zugehörigen Verzahnung des Innenrings, des Außenrings und/oder des Rotors der zugehörigen Hüllkurve entspricht, die allerdings kaum von der vorgenannten Sinuskurvenform abweicht. Alternativ oder zusätzlich können die Zahnräder mit speziellen Rollflächen ausgestattet sein.Around the radial forces between outer ring and Inner ring and / or between the rotor and the outer or inner ring in cheaper To be able to carry away may in the invention to the respective teeth on the planetary wheels, the Outside- and inner rings and / or the rotor one of the usual involute toothing have different tooth shape. The ideal form is between the usual Involute and a bearing roller, in particular, can be a flat wave curve be provided as a tooth shape, the part or pitch circle superimposed on the respective gear is. According to one preferred embodiment invention, the tooth shape of the planetary gears may correspond to a sine curve, the tooth shape of the associated Gearing of the inner ring, the outer ring and / or the rotor the associated envelope corresponds, however, hardly of the aforementioned sinusoidal shape differs. Alternatively or in addition can the gears with special rolling surfaces be equipped.

Vorteilhafterweise übernehmen die Planetenräder auch den Axialkraftabtrag zwischen Außen- und Innenring und/oder zwischen dem Rotor und dem Außen- oder Innenring. Hierzu können die Planetenräder geeignete axiale Führungsflächen besitzen, an denen der Außenring und der Innenring und/oder der Rotor axial im Sinne eines Anschlags anstehen. Alternativ oder zusätzlich können die Planetenräder auch Schrägverzahnungen besitzen, die bei Einsatz von zwei Planetenradsätzen oder bei zweigeteilten Zahnflächen zueinander gegenläufig gerichtet sind, so dass sich die durch die Schrägverzahnung entstehenden Axialkräfte kompensieren.Advantageously take over the planet wheels also the Axialkraftabtrag between outer and inner ring and / or between the rotor and the outer or inner ring. You can do this the planet wheels have suitable axial guide surfaces, where the outer ring and the inner ring and / or the rotor are axially in the sense of a stop. Alternatively or in addition can the planet wheels also helical gears possess, with the use of two Planetenradsätzen or in two-part tooth surfaces directed in opposite directions are so that compensate for the axial forces resulting from the helical gearing.

In Weiterbildung der Erfindung bilden der Außenring und der Innenring der Drehmaschine jeweils halbschalenförmige Gehäuseteile, die gemeinsam den Energiewandler und die Getriebestufe umschließen. Insbesondere kann der Außenring an seinen axialen Enden radial nach innen weisende Randstege aufweisen, während der Innenring an seinen axialen Enden radial nach außen weisende Randstege besitzt, wobei an den genannten Randstegen jeweils vorteilhafterweise Verzahnungen vorgesehen sind, mit denen die Planetenräder kämmen. Durch die Ausbildung der Randstege wird zwischen dem Außenring und dem Innenring ein ringförmiger Zwi schenraum geschaffen und auch axial begrenzt, so dass die darin aufgenommenen Maschinenkomponenten umschlossen und abgedeckt sind.In Development of the invention form the outer ring and the inner ring of Lathe each shell-shaped housing parts, which together the Energy converter and the gear stage enclose. In particular, the outer ring have at its axial ends radially inwardly facing edge webs, while the inner ring at its axial ends pointing radially outward Has edge webs, wherein each of said edge webs advantageously Gears are provided, with which mesh the planetary gears. By the formation of the edge webs is between the outer ring and the inner ring an annular Intermediate space created and also axially limited, so that in it absorbed machine components are enclosed and covered.

Der elektromechanische Energiewandler in dem Zwischenraum zwischen Außen- und Innenring kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann der Energiewandler nach dem Transversalfluss-Prinzip arbeiten. Hierdurch kann mit einer kleinbauenden Anordnung ein hohes Drehmoment erzielt werden.Of the electromechanical energy converter in the space between the outer and inner ring can in principle be formed differently. According to a preferred embodiment of Invention, the energy converter according to the transverse flux principle work. This can with a small-sized arrangement a high Torque can be achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann der elektromechanische Energiewandler als Synchronmaschine ausgebildet sein, bei der die Drehzahl des Rotors durch die Speisefrequenz und die Polzahl festgelegt ist. Neben den bekannten Vorteilen einer Synchronmaschine ist für die vorliegende Anwendung in einem möglichst kompakt bauenden Drehantrieb von besonderer Relevanz, dass im Vergleich zu einer Asynchronmaschine leichter gebaut werden kann.According to one advantageous embodiment The invention can be the electromechanical energy converter as a synchronous machine be formed, in which the speed of the rotor by the feed frequency and the number of poles is fixed. In addition to the known advantages of a Synchronous machine is for the present application in a compact as possible rotary drive of particular relevance that compared to an asynchronous machine can be built easier.

Alternativ kann der Energiewandler jedoch auch als Asynchronmaschine ausgebildet sein, wodurch auch aus dem Stand heraus sehr hohe Drehmomente erzeugbar sind.alternative However, the energy converter can also be designed as an asynchronous machine be, which also from the state very high torque generated are.

Der Rotor des Energiewandlers kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein. Vorteilhafterweise bildet der Rotor einen Reifen mit axialen Längsschlitzen aus einem weichmagnetischen Material, so dass entlang seines Umfangs abwechselnd magnetisch leitende und sperrende Bereiche entstehen. Die Axialschlitze können von ihrer elektromagnetischen Wirkung abgesehen gleichzeitig eine Ventilatorwirkung für den elektromechanischen Wandler entfalten. In Weiterbildung der Erfindung können dabei in den Stegen zwischen den Axialschlitzen weitere, feinere Schlitze vorgesehen sein, um Wirbelstromverluste zu unterdrücken.The rotor of the energy converter can basically be designed differently. Advantageously, the rotor forms a tire with axial longitudinal slots of a soft magnetic material, so that along its circumference alternately magnetically conductive and blocking areas arise hen. Apart from their electromagnetic effect, the axial slots can simultaneously develop a fan effect for the electromechanical converter. In a further development of the invention, further, finer slots can be provided in the webs between the axial slots in order to suppress eddy current losses.

Insbesondere von Vorteil ist die Ausbildung des Rotors als geschützter Reifen in Verbindung mit einer Ausbildung des Energiewandlers als Transversalfluss-Wandler mit drei elektrischen Phasen. Die drei Phasen werden abwechselnd erregt, wobei die magnetisch leitenden Bereiche des als geschlitzter Reifen ausgebildeten Rotors jedes Mal über die gerade erregten Statorpole gezogen werden, um dort den magnetischen Kreis zu schließen. Die vorgeschlagene Bauart ist besonders leicht herzustellen, denn sie benötigt nur eine zylindrische Kupferwicklung für jede elektrische Phase und keine Permanentmagnete.Especially an advantage is the formation of the rotor as a protected tire in connection with a training of the energy converter as a transversal flux converter with three electrical phases. The three phases are alternately energized, where the magnetically conductive portions of the slotted tire formed Rotors over each time the just excited stator poles are pulled to there the magnetic To close the circle. The proposed design is particularly easy to manufacture, because she needs only a cylindrical copper winding for each electrical phase and no permanent magnets.

Zusätzlich zu dem elektromagnetischen Energiewandler können in dem Innenraum zwischen Außenring und Innenring zusätzliche Steuerungskomponenten der Drehmaschine angeordnet sein. Insbesondere können Sensoren zur Erfassung der Rotorlage, der Drehrichtung, der Drehzahl, des Drehmoments, der Temperatur, der Lagerlast, eines Innendrucks und/oder eines Schmierzustands in dem Innenraum angeordnet und mit der Steuerungseinheit verbunden werden. Vorteilhafterweise kann auch die Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Spulen des elektromagnetischen Wandlers in dem Innenraum angeordnet sein. Hierdurch sind zum einen die entsprechenden Steuerungskomponenten geschützt von dem Außenring und dem Innenring umschlossen. Zum anderen sind keine langen Verkabelungen und Signalleitungsdurchführungen notwendig.In addition to The electromagnetic energy converter can in the interior space between the outer ring and inner ring additional Control components of the lathe can be arranged. Especially can Sensors for detecting the rotor position, the direction of rotation, the speed, the torque, the temperature, the bearing load, an internal pressure and / or a lubrication state in the interior and arranged with be connected to the control unit. Advantageously, can also the control unit for controlling the coils of the electromagnetic Transducer can be arranged in the interior. As a result, on the one hand the corresponding control components protected from the outer ring and enclosed the inner ring. For another, there are no long cabling and Signal line bushings necessary.

Über die vorerwähnte Kühlungsmöglichkeit durch die Ventilatorwirkung des geschlitzten Rotors können auch andere Kühlmittel Verwendung finden. Nach einer Ausführung der Erfindung kann der Außenring und/oder der Innenring nach außen hin und/oder nach innen hin Kühlrippen aufweisen, die die Fläche für den Wärmeübergang vergrößern und damit die Kühlleistung verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann in Weiterbildung der Erfindung auch eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen sein, vorzugsweise in den Stator integriert sein.About the aforementioned Cooling possibility through the fan action of the slotted rotor may also include other coolants Find use. According to one embodiment of the invention, the outer ring and / or the inner ring to the outside towards and / or inwards cooling fins have the area for the Heat transfer enlarge and thus the cooling capacity improve. Alternatively or in addition can be provided in a further development of the invention, a liquid cooling, preferably be integrated into the stator.

Zur Schmierung der Drehmaschine kann der Innenraum zwischen Außenring und Innenring zumindest teilweise mit Schmierstoff gefüllt sein, durch den die bewegten Teile hindurchbewegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Schmierstoff auch mittels sich bewegender Verteilelemente, insbesondere Bürsten, verteilt werden, die durch den Schmierstoff hindurchbewegt und ggf. an Hindernissen abge streift oder rotiert werden, um den Schmierstoff an die notwendigen Stellen zu transportieren, vorzugsweise zu verspritzen.to Lubrication of the lathe may be the interior space between the outer ring and inner ring at least partially filled with lubricant, through which the moving parts are moved. Alternatively or additionally the lubricant can also be transported by means of moving distribution elements, especially brushes, which passes through the lubricant and, if necessary, be brushed against obstacles or rotated around the lubricant to transport to the necessary locations, preferably to spray.

Die Außen- und Innenringe der Maschine sind vorteilhafterweise durch geeignete Dichtungseinrichtungen, vorzugsweise in Form geeigneter Wellendichtungen abgedichtet, und zwar vorteilhafterweise einerseits gegen das Einringen von Schmutz und Feuchtigkeit und andererseits gegen das Austreten von Schmierstoffen in die Umwelt.The Outside- and inner rings of the machine are advantageously by suitable Sealing devices, preferably in the form of suitable shaft seals sealed, and advantageously on the one hand against the penetration dirt and moisture and on the other hand against leakage of lubricants into the environment.

Soweit im Kontext der vorliegenden Anmeldung von einem Innenring gesprochen wird, muss dieser Innenring nicht zwangsweise einen innen hohlen Ring bilden. Der Innenring könnte auch aus Vollmaterial bestehen und sozusagen ein Wellenstück bilden, auf dem der Außenring in der zuvor beschriebenen Weise sitzt. Bevorzugt ist jedoch die Ausbildung des Innenrings tatsächlich als hohler Innenring, der mit seiner Innenumfangsfläche auf eine Welle oder eine Halterung gesteckt werden kann. Vorzugsweise kann der Innenring an seinem Innenumfang und/oder der Außenring an seinem Außenumfang eine Profilierung besitzen, vorzugsweise als Profilwelle ausgebildet sein, so dass das jeweils gewünschte Anschlussstück aufgesteckt und Drehmoment durch Formschluss übertragen werden kann. Hierdurch können ggf. auch mehrere Drehmaschinen zueinander parallel geschaltet werden, beispielsweise indem einfach mehrere Drehmaschinen mit ihren Innenringen auf eine gemeinsame Welle gesteckt werden. Vorzugsweise können hierzu an den Stirnseiten des Innenrings und/oder des Außenrings Steckverbindungsmittel vorgesehen sein, um beispielsweise die Strom- und Steueranschlüsse, aber auch die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmitteln in einfacher Weise miteinander zu verbinden.So far in the context of the present application spoken by an inner ring This inner ring does not necessarily have to be hollow inside Form ring. The inner ring could also consist of solid material and form a wave piece, so to speak, on the outer ring sits in the manner described above. However, the preferred is Formation of the inner ring actually as a hollow inner ring, with its inner peripheral surface on a shaft or a holder can be inserted. Preferably can the inner ring on its inner circumference and / or the outer ring on its outer circumference one Have profiling, preferably formed as a profile shaft so that's the one you want connector plugged and torque can be transmitted by positive locking. hereby can if necessary, several lathes are connected in parallel to each other, For example, by simply turning several lathes with their inner rings be put on a common wave. Preferably, this can be done at the end faces of the inner ring and / or the outer ring connector means be provided to, for example, the power and control terminals, but also the supply of lubricants or coolants in a simple way to connect with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment and associated Drawings closer explained. In the drawings show:

1: eine perspektivische schematische Darstellung eines Drehantriebs nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung im Teilschnitt, die die An ordnung des Elektromotors sowie der Getriebestufe zwischen dem Innenring und dem Außenring des Antriebs zeigen, 1 : A perspective schematic representation of a rotary drive according to a preferred embodiment of the invention in partial section showing the order of the electric motor and the gear stage between the inner ring and the outer ring of the drive,

2: eine vergrößerte Querschnittsansicht durch den Außen- und Innenring und die dazwischen angeordnete Getriebestufe und den Elektromotor, 2 FIG. 2: an enlarged cross-sectional view through the outer and inner rings and the gear stage arranged therebetween and the electric motor, FIG.

3: eine perspektivische Explosionsdarstellung des Stators und des Rotors des Elektromotors im Teilschnitt, 3 FIG. 2: an exploded perspective view of the stator and the rotor of the electric motor in partial section, FIG.

4: eine perspektivische Teilschnittansicht des Drehmotors ohne Darstellung des Stators des Elektromotors, um die Ankoppelung des Rotors des Elektromotors an den Innenring und den Außenring der Drehmaschine über die umlaufenden Planetenräder zu verdeutlichen, und 4 : A partial perspective sectional view of the rotary motor without representation of the stator the electric motor to illustrate the coupling of the rotor of the electric motor to the inner ring and the outer ring of the lathe on the rotating planetary gears, and

5: eine Draufsicht auf die Drehmaschine aus den vorhergehenden Figuren in einer Teilansicht, die die Eingriffsverhältnisse der Planetenräder, der Innen- und Außenringe und des Rotors verdeutlicht. 5 : A plan view of the lathe of the preceding figures in a partial view illustrating the engagement conditions of the planetary gears, the inner and outer rings and the rotor.

Der in 1 gezeigte Drehantrieb 1 umfasst einen Innenring 2 sowie einen Außenring 3, die koaxial zueinander angeordnet und ineinander gesetzt sind, so dass zwischen ihnen ein ringförmiger Zwischenraum 4 begrenzt ist. Wie 2 zeigt, besitzen die Innen- und Außenringe 2 und 3 jeweils an ihren axialen Enden radial nach innen bzw. radial nach außen gerichtete Randstege 5, die gegeneinander gerichtet sind, so dass die Innen- und Außenringe 2 und 3 jeweils halbschalenförmige Gehäuseteile bilden, die den genannten ringförmigen Zwischenraum 4 nicht nur radial, sondern auch axial begrenzen.The in 1 shown rotary drive 1 includes an inner ring 2 as well as an outer ring 3 which are arranged coaxially with each other and set in each other, so that between them an annular space 4 is limited. As 2 shows own the inner and outer rings 2 and 3 each at its axial ends radially inwardly or radially outwardly directed edge webs 5 which are directed against each other, leaving the inner and outer rings 2 and 3 each form shell-shaped housing parts, the said annular space 4 not only radially, but also axially limit.

Die Umfangsflächen der genannten Randstege 5 sind jeweils mit einer Verzahnung 6 bzw. 7 versehen, zwischen denen ein ringförmiger Schlitz verbleibt. Zwischen der Innenverzahnung 6 und der Außenverzahnung 7 der Innen- und Außenringe 2 und 3 sitzt jeweils ein Satz von Planetenrädern 8, die um den ein Sonnenrad bildenden Innenring 2 umlaufen. Die genannten Planetenräder 8 kämmen dabei sowohl mit der Innenverzahnung 6 als auch mit der Außenverzahnung 7, wobei die Planetenräder 8 vorteilhafterweise spielfrei zwischen den genannten Innen- und Außenverzahnungen 6 und 7 aufgenommen sind.The peripheral surfaces of said edge webs 5 are each with a gearing 6 respectively. 7 provided between which an annular slot remains. Between the internal teeth 6 and the external teeth 7 the inner and outer rings 2 and 3 Each sits a set of planetary gears 8th around the inner ring forming a sun gear 2 circulate. The planetary gears mentioned 8th combing it with both the internal teeth 6 as well as with the external teeth 7 , where the planetary gears 8th advantageously free of play between said internal and external gears 6 and 7 are included.

Zusätzlich zu ihrer Verzahnung 9, die mit den genannten Innen- und Außenverzahnungen 6 und 7 an den Innen- und Außenringen 2 und 3 kämmt, besitzen die Planetenräder 8 eine weitere Verzahnung 10, die gegenüber der Verzahnung 9 einen beträchtlich größeren Wälz- bzw. Teilkreisdurchmesser besitzt. Das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser der Verzahnung 9 und der Verzahnung 10 der Planetenräder 8 kann verschieden gewählt sein und ist an das gewünschte Drehzahlübersetzungs- bzw. Untersetzungsverhältnis angepasst. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Verzahnung 10 einen Teilkreisdurchmesser besitzen, der mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mehr als dreimal so groß als der Durchmesser des Teilkreises der Verzahnung 9 ist, vgl. 5. Hierdurch können schnell laufende, kleinbauende Elektromotoren verwendet werden, die durch die entsprechende Untersetzung trotzdem ein hohes Drehmoment erzeugen können.In addition to their gearing 9 that with the mentioned internal and external gears 6 and 7 on the inner and outer rings 2 and 3 mesh, own the planetary gears 8th another gearing 10 that is opposite to the gearing 9 has a considerably larger Wälz- or pitch circle diameter. The ratio of the pitch circle diameter of the toothing 9 and the gearing 10 the planet wheels 8th can be chosen differently and is adapted to the desired Drehzahlübersetzungs- or reduction ratio. According to a preferred embodiment of the invention, the toothing 10 have a pitch diameter which is at least twice as large, preferably more than three times as large as the diameter of the pitch circle of the toothing 9 is, cf. 5 , As a result, fast-running, small-sized electric motors can be used, which can still generate high torque through the appropriate reduction.

Mit der genannten Verzahnung 10 mit größerem Teilkreisdurchmesser kämmen die Planetenräder 8 mit einem Rotor 11 des Elektromotors 12, der ebenfalls in dem Zwischenraum 4 zwischen Innen- und Außenring angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist der genannte Rotor 11 außenliegend, d.h. er liegt am radial äußeren Rand des Zwischenraums 4 und kämmt mit einer Innenverzahnung 13 mit den Planetenrädern 8, vgl. 2.With the aforementioned gearing 10 with larger pitch diameter comb the planetary gears 8th with a rotor 11 of the electric motor 12 who is also in the gap 4 between the inner and outer ring is arranged. Advantageously, said rotor is 11 outboard, ie it is located at the radially outer edge of the gap 4 and meshes with an internal toothing 13 with the planet wheels 8th , see. 2 ,

Der Teilkreisdurchmesser der genannten Innenverzahnung 13 des Rotors 11 weicht dabei von den Teilkreisdurchmessern der Verzahnungen 6 und 7 an den Innen- und Außenringen 2 und 3 ab, vorteilhafterweise ist er größer als derjenige der Verzahnungen 6 und 7 der Innen- und Außenringe 2 und 3, vgl. 2.The pitch diameter of said internal teeth 13 of the rotor 11 deviates from the pitch circle diameters of the gears 6 and 7 on the inner and outer rings 2 and 3 Advantageously, it is greater than that of the gears 6 and 7 the inner and outer rings 2 and 3 , see. 2 ,

Wie 2 zeigt, bildet die Verzahnung 9 der Planetenräder 8 mit dem kleinen Teilkreisdurchmesser zwei axial voneinander beabstandete Verzahnungsabschnitte 9a und 9b, zwischen denen die Verzahnung 10 mit dem großen Teilkreisdurchmesser sitzt. Über die beiden Verzahnungsabschnitte 9a und 9b sind die Planetenräder 8 stabil an der Außenverzahnung 7 des Innenrings 2 abgestützt und gegen Kippen gesichert, wobei auch die Außenverzahnung 7 des Innenrings 2 auf zwei Verzahnungsabschnitte 7a und 7b aufgeteilt ist, die voneinander durch einen radialen Schlitz 14 in der Außenverzahnung 7 voneinander beabstandet sind, vgl. 1. Die Verzahnung 10 mit dem großen Teilkreis der Planetenräder 8 laufen in dem genannten Schlitz 14.As 2 shows, forms the gearing 9 the planet wheels 8th with the small pitch diameter two axially spaced apart toothing sections 9a and 9b between which the gearing 10 sits with the large pitch circle diameter. Over the two gear sections 9a and 9b are the planet wheels 8th stable on the external toothing 7 of the inner ring 2 supported and secured against tilting, including the external teeth 7 of the inner ring 2 on two gearing sections 7a and 7b divided by each other by a radial slot 14 in the external toothing 7 spaced apart, cf. 1 , The gearing 10 with the large circle of planetary gears 8th run in the slot mentioned 14 ,

Die Planetenräder 8 bilden gleichzeitig Radial- und Axiallager, über die die Kräfte zwischen Innenring 2 und Außenring 3 abgetragen werden. Um Axialkräfte abzutragen, besitzen die genannten Planetenräder 8 axiale Führungsflächen 15. Wie 2 zeigt, werden die genannten axialen Führungsflächen 15 von jeweils einem Absatz gebildet, der zwischen der Verzahnung 10 und den jeweiligen Abschnitten der Verzahnung 9 vorgesehen ist und einen größeren Außendurchmesser besitzt als die Verzahnung 9 der Planetenräder 8. Die genannten Absätze definieren mit ihren Stirnseiten einen Abstand, der im wesentlichen der Dicke des Schlitzes 14 entspricht. Mit den genannten Absätzen laufen die Planetenräder 8 nämlich in dem genannten Schlitz 14 und werden von den Stirnflächen dieser Absätze, die die Führungsflächen 15 bilden, axial geführt.The planet wheels 8th simultaneously form radial and thrust bearings, over which the forces between inner ring 2 and outer ring 3 be removed. In order to remove axial forces, have said planetary gears 8th axial guide surfaces 15 , As 2 shows, the said axial guide surfaces 15 each formed by a paragraph between the teeth 10 and the respective sections of the gearing 9 is provided and has a larger outer diameter than the toothing 9 the planet wheels 8th , Said paragraphs define with their end faces a distance which is substantially the thickness of the slot 14 equivalent. With the above paragraphs run the planetary gears 8th namely in the said slot 14 and are from the faces of these paragraphs, which are the guide surfaces 15 form, axially guided.

Wie die 1 und 2 zeigen, sind die Planetenräder 8 dabei einander überlappend angeordnet. Die scheibenförmigen Abschnitte mit den Verzahnungen 10 mit großem Teilkreisdurchmesser überlappen einander, so dass insgesamt eine große Anzahl von Planetenrädern 8 eingesetzt werden kann, wodurch ein stabiler Lauf und eine günstige Kraftaufteilung erzielt werden kann. Überdies wird eine stabile Lagerung von Innenring und Außenring erreicht.As the 1 and 2 show, are the planetary gears 8th while arranged overlapping each other. The disc-shaped sections with the teeth 10 with large pitch diameter overlap each other, so that a total of a large number of planetary gears 8th can be used, whereby a stable run and a favorable force distribution can be achieved. In addition, a stable storage of inner ring and outer ring is achieved.

Um die überlappende Anordnung zu erlauben, sind die scheibenförmigen Abschnitte mit der Verzahnung 10 mit dem großen Teilkreisdurchmesser an den Planetenrädern 8 axial versetzt zueinander angeordnet, d.h. die axialen Führungsflächen 15 sind mit ihren Abständen zu dem genannten scheibenförmigen Abschnitt mit den Verzahnungen 10 abwechselnd umgedreht, so dass die scheibenförmigen Abschnitte mit den Verzahnungen 10 einmal oben und einmal unten in dem Schlitz 14 aufgenommen sind, vgl. 2.To allow the overlapping arrangement, the disc-shaped sections are with the toothing 10 with the large pitch diameter at the planet wheels 8th axially offset from one another, ie the axial guide surfaces 15 are with their distances to the said disc-shaped portion with the teeth 10 alternately turned over, leaving the disc-shaped sections with the gears 10 once up and once down in the slot 14 are included, cf. 2 ,

Um die Radialkräfte zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 in günstiger Weise abtragen zu können, besitzen die Planetenräder 8 von der üblichen Evolventen-Verzahnung abweichende Zahnformen. Insbesondere sind die Verzahnungen 9 und 10 jeweils sinusförmig ausgebildet, wie dies 5 zeigt. Eine flachgedrückte Sinuszahnform stellt einen idealen Kompromiss dar, der einerseits Radialkräfte mit verhältnismäßig niedrigen Flächenpressungen abtragen kann und andererseits hohe Drehmomente übertragen kann. In entsprechender Weise sind die Verzahnungen 6, 7 und 13 an dem Innenring 2, dem Außenring 3 und dem Rotor 11 ausgebildet. Sie bilden eine komplementäre Hüllkurve, die einer Sinusform sehr ähnlich ist, vgl. 5.To the radial forces between the inner ring 2 and the outer ring 3 to be able to remove in a favorable manner, have the planetary gears 8th tooth forms deviating from the usual involute toothing. In particular, the gears are 9 and 10 each sinusoidal, as this 5 shows. A flattened sine tooth shape represents an ideal compromise, which on the one hand can ablate radial forces with relatively low surface pressures and on the other hand can transmit high torques. In a similar way are the gears 6 . 7 and 13 on the inner ring 2, the outer ring 3 and the rotor 11 educated. They form a complementary envelope, which is very similar to a sine wave, cf. 5 ,

Zwischen den beiden Planetenradsätzen ist der Elektromotor 12 und insbesondere dessen Stator 17 aufgenommen. Der Stator ist dabei innenliegend angeordnet, d.h. innerhalb des Rotors 14, und ist starr mit dem Innenring 2 verbunden. Vorteilhafterweise kann der Stator 17 an seinem Innenumfang ein profilwellenartiges Profil besitzen, so dass er auf den entsprechend ausgebildeten Außenumfang des Innenrings 1 formschlüssig drehfest aufgeschoben werden kann. Es versteht sich, dass der Innenring 2 und der Außenring 3 geteilt ausgebildet sein können, um den Elektromotor 12 und auch die Getriebestufe 18 in dem Zwischenraum 14 anordnen zu können. In 1 verdeutlicht die Linie 19 und die Linie 20 jeweils die Trennebene von Innenring 2 und Außenring 3.Between the two Planetenradsätzen is the electric motor 12 and in particular its stator 17 added. The stator is arranged inside, ie inside the rotor 14 , and is rigid with the inner ring 2 connected. Advantageously, the stator 17 have on its inner circumference a profiled shaft-like profile so that it on the correspondingly formed outer circumference of the inner ring 1 can be pushed positively rotationally. It is understood that the inner ring 2 and the outer ring 3 may be formed divided to the electric motor 12 and also the gear stage 18 in the gap 14 to be able to order. In 1 clarifies the line 19 and the line 20 in each case the parting plane of inner ring 2 and outer ring 3 ,

Der in 3 dargestellte Elektromotor 12 kann als Transversalfluss-Schrittmotor ausgeführt sein, der drei elektrische Phasen besitzt. Diese Bauart ist besonders leicht herzustellen, denn sie benötigt nur eine zylindrische Kupferwicklung für jede elektrische Phase und kann auf Permanentmagnete verzichten. Der Rotor 11 ist vorteilhafterweise als ein in axialer Richtung geschlitzter Reifen aus weichmagnetischem Material ausgebildet, der entlang seines Umfangs abwechselnd magnetisch leitende und sperrende Bereiche ausbildet, d.h. magnetische Brücken und magnetische Sperren. Die drei Phasen werden dabei abwechselnd erregt, wobei die magnetisch leitenden Bereiche des Rotors 11 jedes Mal über die gerade erregten Statorpole 21 gezogen werden, um dort den magnetischen Kreis zu schließen. Vorteilhafterweise besitzen die Stege 22 weitere feinere Schlitze, um Wirbelstromverluste zu unterdrücken.The in 3 illustrated electric motor 12 can be designed as a transverse flux stepper motor, which has three electrical phases. This design is particularly easy to produce, because it requires only a cylindrical copper winding for each electrical phase and can dispense with permanent magnets. The rotor 11 is advantageously formed as a slit in the axial direction of soft magnetic material, which alternately forms magnetically conductive and blocking areas along its circumference, ie magnetic bridges and magnetic barriers. The three phases are alternately energized, the magnetically conductive areas of the rotor 11 every time over the just excited stator poles 21 be pulled to close the magnetic circuit there. Advantageously, have the webs 22 more fine slots to suppress eddy current losses.

Der Rotor 11 wird vorteilhafterweise alleine von den Planetenrädern 8 gelagert, und zwar in radialer Richtung über die Innenverzahnung 13, die mit den Außenverzahnungen 10 der Planetenräder 8 kämmt, und in axialer Richtung über die von dem Absatz 16 gebildeten Führungsflächen, die mit den entsprechenden Führungsflächen an den scheibenförmigen Abschnitten der Verzahnungen 10 der Planetenräder 8 aufeinander abgleiten. Dementsprechend besteht der Rotor 11 aus kaum mehr Material als zur Ausbildung der magnetischen Brücken erforderlich ist. Er ist daher sehr leicht und trägheitsarm.The rotor 11 is advantageously alone of the planetary gears 8th stored, in the radial direction via the internal teeth 13 that with the external gears 10 the planet wheels 8th meshes, and in the axial direction over that of the paragraph 16 formed guide surfaces, with the corresponding guide surfaces on the disc-shaped sections of the teeth 10 the planet wheels 8th slide on each other. Accordingly, there is the rotor 11 made of little more material than for the formation of the magnetic bridges is required. He is therefore very light and low in inertia.

Durch die Schlitze 23 in dem Rotor 11 kann von den Elektromagneten des Stators 17 erhitzte Luft durch den Rotor 11 hindurch zur Gehäusewand zirkulieren. Der Rotor 11 entfaltet dabei aufgrund seiner Bewegung und Form eine kühlende Ventilatorwirkung im Innenraum des Drehantriebs. Zum verbesserten Wärmeübergang kann das von dem Innenring 2 und dem Außenring 3 gebildete Gehäuse sowohl außen wie auch innen mit Kühlrippen versehen sein. Darüber hinaus könnte in dem Stator 17 auch eine Flüssigkeitskühlung integriert sein, die in der gezeichneten Ausführung nicht eigens dargestellt ist.Through the slots 23 in the rotor 11 can be from the electromagnets of the stator 17 heated air through the rotor 11 circulate through the housing wall. The rotor 11 unfolds due to its movement and shape a cooling fan effect in the interior of the rotary actuator. For improved heat transfer, that of the inner ring 2 and the outer ring 3 formed housing both outside and inside to be provided with cooling fins. In addition, in the stator could 17 Also be integrated liquid cooling, which is not shown in the illustrated embodiment specifically.

Zur vereinfachten Montage kann der Drehantrieb vorteilhafterweise auf Profilwellen aufgesteckt werden bzw. in profilierte Halterungen eingesteckt werden. Der Innenring 2 besitzt hierzu an seinem Innenumfang ein geeignetes Profilwellenprofil, während der Außenring 3 ein solches an seinem Außenumfang aufweist. Zum Zusammenschalten mehrerer Drehantriebe können diese auf eine gemeinsame Profilwelle gesteckt werden, wobei vorteilhafterweise elektrische Steckverbindungen an den Stoß- bzw. Auflageflächen an den Stirnseiten der Innenringe 2 vorgesehen sein können.For simplified assembly of the rotary drive can be advantageously mounted on profile shafts or inserted into profiled brackets. The inner ring 2 For this purpose has on its inner circumference a suitable profile shaft profile, while the outer ring 3 such has on its outer periphery. For interconnecting a plurality of rotary actuators they can be plugged onto a common profile shaft, wherein advantageously electrical connectors on the shock or contact surfaces on the end faces of the inner rings 2 can be provided.

Zur Schmierung kann der Innenraum 4 des Drehantriebs teilweise mit Schmierstoff gefüllt sein, durch welchen die bewegten Teile teils hindurch gezogen, teils aber auch mit Hilfe von durch den Schmierstoff hindurch bewegten und ggf. an Hindernissen abstreifenden oder rotierenden Bürsten mit diesem bespritzt werden. Durch geeignete Wellendichtungen zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 kann der Zwischenraum 4 nach außen hin abgedichtet werden, um das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit ebenso zu verhindern wie das Austreten von Schmierstoff in die Umwelt.For lubrication, the interior 4 the rotary drive to be partially filled with lubricant, through which the moving parts pulled partly through, but partly also with the help of moving through the lubricant and possibly streaking on obstacles or rotating brushes are sprayed with this. Through suitable shaft seals between the inner ring 2 and the outer ring 3 can the gap 4 sealed to the outside to prevent the ingress of dirt and moisture as well as the leakage of lubricant into the environment.

Ohne eigens dargestellt zu sein, können in dem Zwischenraum 4 überdies Steuerungskomponenten, insbesondere Sensoren, zur Erfassung diverser Betriebsparameter und zumindest ein Elektronikbaustein zur Ansteuerung der Spulen des Elektromotors 13 untergebracht sein.Without being specifically represented, in the interspace 4 In addition, control components, in particular sensors, for detecting various operating parameters and at least one electric nikbaustein for controlling the coils of the electric motor 13 be housed.

Der vorgeschlagene Drehantrieb lässt sich einbauen wie ein Wälzlager und besorgt gleichzeitig sowohl die Lagerung als auch den Antrieb von Maschinenteilen. Der Aufbau von Robotern, insbesondere Roboterarmen, erweist sich damit als außerordentlich einfach. Wegen des integrierten Untersetzungsgetriebes ist der Antrieb bei kompakter Bauweise erheblich stärker als ein gleich großer Direktantrieb. Da seine Teile überwiegend umeinander rollen, ist die innere Reibung gering. Bei mäßigem Untersetzungsverhältnis bleibt die Trägheit des Antriebs klein, vor allem, wenn der elektrische Rotor 11 zur Minimierung seines Trägheitsmoments als geschlitzter Eisenreifen realisiert ist. Der Luftspalt der Elektromaschine befindet sich zur Maximierung der magnetisch durchströmten Fläche vorteilhafterweise möglichst weit außen, so dass der Rotor 11 eine große Kraft entwickeln kann. Die genannte flache Wellenverzahnung der Zahnräder ist einfach herstellbar.The proposed rotary drive can be installed like a roller bearing and simultaneously provides both the storage and the drive of machine parts. The construction of robots, especially robot arms, proves to be extremely easy. Due to the integrated reduction gear, the drive in a compact design is considerably stronger than a direct drive of the same size. Since its parts mostly roll around each other, the internal friction is low. At a moderate reduction ratio, the inertia of the drive remains small, especially when the electric rotor 11 To minimize its moment of inertia is realized as a slotted iron tire. The air gap of the electric machine is to maximize the magnetically traversed surface advantageously as far outside, so that the rotor 11 can develop a great power. Said flat shaft toothing of the gears is easy to produce.

Claims

Electromechanical lathe with an outer ring ( 3 ) and an inner ring ( 2 ) located in the outer ring ( 3 ) and relative to the outer ring ( 3 ) is rotatably mounted, and an electromechanical energy converter ( 12 ), which is in an annular space ( 4 ) is received between outer and inner ring and a stator ( 17 ) and a rotor ( 11 ), wherein between the outer ring ( 3 ) and the inner ring ( 2 ) a gear stage ( 18 ) is provided by the rotational movement of the rotor ( 11 ) relative to the inner and outer rings ( 2 . 3 ) in a relative rotation of the outer ring ( 3 ) and the inner ring ( 2 ) relative to each other and vice versa, characterized in that the gear stage ( 18 ) is designed as a planetary gear, the at least one set of planetary gears ( 8th ) each having two rolling engagement sections ( 9 . 10 ) having different pitch diameters, one of which with the outer and / or inner ring ( 3 . 1 ) and the other with the rotor ( 11 ) is in rolling contact.

Lathe according to the preceding claim, wherein the gear stage ( 18 ) forms a radial and / or thrust bearing through which the outer ring ( 3 ) and the inner ring ( 2 ) is rotatably mounted relative to each other.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the gear stage ( 18 ) forms a radial and / or thrust bearing through which the rotor ( 11 ) of the energy converter ( 12 ) relative to the outer ring ( 3 ) and / or the inner ring ( 2 ) is rotatably mounted.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the rotor and / or the outer ring ( 3 ) and / or the inner ring ( 2 ) exclusively by the gear stage ( 18 ) is rotatably mounted and is formed free of separate radial bearings and / or thrust bearings.

Lathe according to the preceding claim, wherein the planet gears ( 8th ) floating between the outer ring ( 3 ) and the inner ring ( 2 ) are mounted and both with an outer peripheral surface of the inner ring ( 2 ) as well as an inner circumferential surface of the outer ring ( 3 ) are in rolling engagement, in particular with an outer toothing ( 7 ) of the inner ring ( 2 ) and an internal toothing ( 6 ) of the outer ring ( 3 ) comb.

Lathe according to one of the two preceding claims, wherein the planetary gears ( 8th ) clearance between the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) to sit.

Lathe according to one of the two preceding claims, wherein the planetary gears ( 8th ) Radial bearing and / or thrust bearing body form, the radial forces and / or axial forces between the outer ring ( 3 ) and the inner ring ( 2 ) and / or between the rotor ( 11 ) and the outer ring ( 3 ) and / or the inner ring ( 2 ) ablate.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the gear stage ( 18 ) is formed free of planet carriers.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the planet gears ( 8th ) having a peripheral surface, preferably an inner peripheral surface of the rotor ( 11 ), in rolling engagement, in particular with an internal toothing ( 13 ) of the rotor ( 11 ), wherein the rotor ( 11 ) has a pitch circle diameter which depends on the pitch circle diameters of the outer and inner rings ( 3 . 2 ) deviates.

Lathe according to the preceding claim, wherein the pitch circle diameter of the rotor ( 11 ) is greater than the pitch circle diameter of the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ).

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the rolling engagement portions of the planetary gears ( 8th ) of two gears ( 9 . 10 ) are formed with different pitch diameters, wherein preferably the outer and inner rings ( 3 . 2 ) on the toothing ( 9 ) with smaller and the rotor ( 11 ) on the toothing ( 10 ) with a larger pitch circle diameter.

Lathe according to the preceding claim, wherein the planet gears ( 8th ) with their teeth ( 10 ) with a larger pitch circle diameter are arranged overlapping each other.

Lathe according to one of the two preceding claims, wherein the toothing ( 9 ) with a smaller pitch circle diameter two axially spaced toothing sections ( 9a . 9b ), between which the toothing ( 10 ) is arranged with a large pitch circle diameter, and wherein the toothing ( 7 ) of the inner ring ( 2 ) or outer ring ( 3 ) a radial slot ( 14 ), in which the toothing ( 10 ) of planetary gears ( 8th ) runs with a larger pitch circle, so that the planet gears ( 8th ) via its two spaced toothing sections ( 9a . 9b ) each having a smaller pitch diameter on both sides of the toothing ( 10 ) are supported with a larger pitch circle diameter.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein two sets of planet gears ( 8th ) axially spaced between the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ), preferably at the axial end faces of the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) are arranged.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the planet gears ( 8th ) have a radial force-removing tooth shape.

Lathe according to the preceding claim, wherein the planet gears ( 8th ) have a sinusoidal toothing.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein on the planet wheels ( 8th ) axial guide surfaces ( 15 ) are provided, on which the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) are guided axially relative to each other.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the planet gears ( 8th ) Have helical gears, wherein two planetary gear sets are provided with opposite helical gears.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) each form a half-shell-shaped housing part, which together the energy converter ( 12 ) and the gear stage ( 18 ) enclose.

Lathe according to the preceding claim, wherein between the housing parts, a seal is provided, which the interior ( 4 ) seals between the housing parts, wherein preferably a fluid-tight shaft seal is provided.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the stator ( 17 ) of the energy converter ( 12 ) inside and the rotor ( 11 ) of the energy converter ( 12 ) is arranged outside.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the rotor ( 11 ) forms a tire with axial longitudinal slots.

Lathe according to the preceding claim, wherein the rotor ( 11 ) in Stegen ( 22 ) between the slots ( 23 ) has more, finer slots to reduce eddy current losses.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the energy converter ( 12 ) forms an electric motor.

Lathe according to one of claims 1 to 24, wherein the energy converter ( 12 ) forms a generator.

Lathe according to the preceding claim, wherein exciter coils and / or permanent magnets in the stator ( 17 ) are housed.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the energy converter ( 12 ) is designed as a synchronous machine.

Lathe according to one of claims 1 to 27, wherein the energy converter ( 12 ) is designed as an asynchronous machine.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the energy converter ( 12 ) is designed to work on the transversal flow principle.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the inner ring ( 2 ) and / or the outer ring ( 3 ) have to the inside and / or outside cooling fins.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein in the stator ( 17 ) Liquid cooling is integrated.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the inner circumference of the inner ring ( 2 ) and / or the outer circumference of the outer ring ( 3 ) is formed as a profile shaft, so that the inner ring ( 2 ) and / or the outer ring ( 3 ) is positively rotatably mounted on a shaft and / or a holder can be plugged.

Lathe according to the preceding claim, wherein at the end faces of the inner ring ( 2 ) and / or the outer ring ( 3 ) electrical connections are provided.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein the gap ( 4 ) between the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) is at least partially filled with lubricant.

Lathe according to the preceding claim, wherein in the intermediate space ( 4 ) a lubricant bath is provided, through which the gear wheels of the gear stage ( 18 ) to run.

Lathe according to one of the two preceding claims, wherein in the interior ( 4 ) between inner ring ( 2 ) and outer ring ( 3 ) Lubricant distributor, preferably circulating brushes are provided.

Lathe according to one of the preceding claims, wherein in the intermediate space ( 4 ) between the inner ring ( 2 ) and the outer ring ( 3 ) Control components, in particular sensors for determining a rotor position, a direction of rotation, a rotational speed, a torque, a temperature, a bearing load, an internal pressure, a lubrication state and / or further operating parameters, and / or at least one electronic component for controlling the electromagnetic energy converter ( 12 ) are provided.