CN111295576B - 用于平衡的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使工件(10)平衡的方法，在该方法中：使工件(10)绕旋转轴线(11)旋转；对由于工件(10)的不平衡而在工件的旋转期间引起的力和/或扭矩进行测量；以及去除工件(10)的材料以减小不平衡。本发明的特征在于，材料在测量过程期间从旋转的工件(10)去除，或者工件(10)在测量与材料去除之间被持续地旋转。

Description

用于平衡的方法和装置

本发明涉及用于使工件平衡的方法，以及用于使工件平衡的装置。该类型的方法和该类型的装置例如根据DE 196 45 181 A1是已知的。

存在对快速旋转部件的操作质量的高要求。这特别适用于电机的转子。因此，必须消除此类部件上的不平衡。为此，存在各种方法：

-添加法，在该方法中将额外的质量施加至待平衡的本体。

-减去法，在该方法中通常通过钻孔而从非关键区域去除质量。为此，通常提供专门的平衡部件(平衡盘)，可以在该平衡部件处去除材料。

-还已知的是通过将平衡体例如螺钉对调位置而进行的质量中性平衡。

平衡多次反复地进行，直至达到特定的质量等级。

从现有技术已知的是：

-平衡机械，该平衡机械专门确定不平衡，并且指明必须的平衡配重或待去除的配重的角度位置和尺寸；

-具有一体的机械加工单元的平衡中心，该平衡中心确定不平衡，并且在测量操作之后，在所确定的角度位置处完全自动地去除材料。

已知的现有技术的缺点在于相当高的工作周期持续时间(确定不平衡、补偿不平衡)。这在纯粹的平衡机械的情况下是无疑的，在该平衡机械中工件必须被松开，夹持到加工机械(例如钻孔机械)中并且在加工之后，再夹持到平衡机械中用于下一重复周期。在平衡中心的情况下，如在根据DE 196 45 181 A1的前言中所阐明的，确实减少了重复周期。然而，对于每次机械加工，工件必须被静止然后恢复至用于下一测量周期的目标旋转速度。这耗费时间并且由于经常的加速和减速而耗费能量。

本发明的目的在于指出一种用于使工件平衡的方法和装置，在该方法和装置中，加工时间可以被缩短。

具体地，该目的通过一种用于使工件平衡的方法来实现，在该方法中，工件被绕旋转轴线旋转。此处，对由于工件的不平衡而在工件的旋转期间导致的力和/或扭矩和/或振动进行测量。去除工件的材料以减小该不平衡度。本发明的不同之处在于该材料在测量期间被从旋转的工件去除。作为替代方案，在测量和材料去除在时间方面分开进行的情况下，工件在测量与材料去除之间被持续地旋转。

本发明的优点在于缩短了加工时间，因为在测量与材料去除之间，工件不静止。在最佳情况下，测量和材料去除同时发生。工件在整个平衡操作期间不减速。工作步骤“借助于材料去除进行校正”在整个操作中被执行，即，工件不减速至静止。

由于工件在这两个步骤之间持续地旋转，即使在时间方面分开进行测量和材料去除，相比于现有技术也缩短了加工时间。此处也因此省去了工件的减速和启动。

在特别有利的实施方式中，平衡操作包括粗平衡和后续的精确平衡。在粗平衡期间比在精确平衡期间去除了更多的材料。此处，粗平衡和精确平衡优选地通过在不同的位置处去除材料而执行。

在特别有利的实施方式中，平衡操作包括恰好一个测量操作和恰好一个材料去除操作。在第一目标旋转速度，测量不平衡并且计算平衡体的目标轮廓。在第二目标旋转速度，通过在平衡体上去除材料来施加目标轮廓。

当测量过程发生在第一目标旋转速度并且材料去除过程发生在第二目标旋转速度时，其中，第二目标旋转速度小于第一目标旋转速度，在测量和材料去除在时间方面分开的情况下最终也获得了缩短的加工时间。在这种情况下，对于材料去除过程，工件必须被部分地但不是完全地减速；对于测量过程，工件必须被以不太明显的程度加速至较高的第一目标旋转速度。该第一目标旋转速度可以在3000转/分钟以上，例如在4000转/分钟。第二目标旋转速度可以低于3000转/分钟，例如，在1500转/分钟。

材料去除可以通过机械加工过程实现。材料去除可以特别地通过限定或非限定的切削刃实现。特别地，在供应比如说例如油或磨削液的冷却介质的同时实现材料去除。通过磨削进行机械加工的优点在于，可以精确地改变工件的轮廓。当存在不平衡时出现的工件的偏心可以通过磨削并产生工件的非圆形的外轮廓来很好地消除。

进一步优选地，工件的材料被沿相对于旋转轴线成径向的和/或平行的和/或倾斜的方向去除以减小不平衡。出于简单可实现的原因，径向和倾斜/径向的变型是特别优选的。

作为替代方案或同时，还可以通过在工件的端部侧或端部面上非对称的去除材料来消除不平衡。这可以例如通过将机械加工器件轴向地进给到端部侧或端部面上来实现。

在材料去除期间的进给运动可通过工件与机械加工器件之间的相对运动来实现。例如，该相对运动可以通过工件的旋转运动和/或平移运动以及/或者通过机械加工器件的旋转运动和/或平移运动来实现。

在去除工件的材料以减小不平衡期间，进给可以循环地发生。循环的进给可以直接实现，其中，机械加工器件朝向工件移动，工件以位置固定的方式旋转。以位置固定的方式旋转意味着工件绕固定的旋转轴线旋转。作为替代方案，旋转的工件可以沿机械加工器件的方向进给。这意味着机械加工单元的支承台面或其至少部分可以与在其上旋转的工件一起移动。

此处进给被有利地构造成使得在工件与机械加工器件之间的机械加工接触中，相对速度在所有时间大致相同。

工件优选地具有平衡体，该平衡体的材料被去除以减小不平衡，其中，产生了平衡体的非圆形的外轮廓。平衡体的优点在于，材料很好地适于被去除和/或可以使用平衡体的对应的几何形状。

如果工件包括多个单独的平衡体，则所述多个单独的平衡体的材料可以被同时去除以减小不平衡。

对于用于使工件平衡的装置，该目的具体地通过的具有用于工件的夹持单元和用于工件绕旋转轴线的旋转的旋转驱动器的用于使工件平衡的装置来实现。该装置具有用于对由工件的不平衡而在工件的旋转期间引起的力和/扭矩和/振动进行测量的至少一个传感器。该装置还具有用于通过使工件旋转来去除工件的材料的机械加工单元。根据本发明，机械加工单元可以基于传感器的信号被启动，使得材料可以在工件的旋转期间被去除以减小不平衡。

类似于根据本发明的方法，根据本发明的装置基于使测量操作和机械加工操作彼此相关联以减少加工时间。就这一点而言，根据本发明进行的设置是：机械加工单元可以基于传感器的信号而被启动，使得材料可以在工件的旋转期间被去除以减小不平衡。

机械加工单元可以包括与工件相互作用以去除材料的机械加工器件。机械加工单元优选地包括具有磨削盘或磨削带作为机械加工器件的磨削单元。

机械加工器件可以具有固定的或可移动的设计。机械加工器件的固定设计意味着工件与机械加工器件之间的相对运动排他地通过工件的旋转而实现。机械加工器件与工件之间的相对速度对应于工件的旋转速度乘以工件或平衡体的当前半径。当机械加工器件具有可移动的设计时，工件与机械加工器件之间的相对运动可以通过沿与工件的旋转运动相同的方向或相反的方向的旋转运动来实现。实际的相对速度由工件或平衡体的表面速度与机械加工器件的表面速度叠加而成。

在一个优选实施方式的情况下，机械加工单元可以平行于旋转轴线移动，使得可以对轴向地即沿旋转轴线间隔开的多个平衡体进行机械加工。

特别优选的是下述实施方式，在该实施方式中，多个机械加工单元沿旋转轴线以一定间距布置，使得可以同时对多个平衡体进行机械加工，这因此进一步减少了加工时间。

夹持单元优选地具有用于接纳工件的轴座的支承器件或用于对工件进行端部侧固定的定心主轴。该定心主轴的优点在于，也可以通过机械加工单元实现支承座的机械加工，这因此提高了装置的效率。

其他优选实施方式进行的设置是，其他表面可以通过机械加工单元进行机械加工。本发明将基于参照所附的示意性附图的示例性实施方式用进一步的细节进行更充分地说明。

待平衡的工件特别地为电机的转子，例如同步电机或异步电机的转子，其中，转子构造成绕旋转轴线旋转。转子可以包括层叠芯和轴。转子可以包括平衡盘。在异步电机的情况下，转子可以包括具有短路棒和短路环的鼠笼。在这种情况下，短路棒可以轴向地突出超过短路环。

出于平衡的目的，材料的去除优选地发生在以下机械加工位置中的一个或更多个机械加工位置处：层叠芯的周向表面、短路环的周向表面和/或平衡盘的周向表面、以及平衡盘的端部面或短路环的端部面。假如短路棒轴向地突出超过短路环，则机械加工可以发生在短路棒的轴向突出的部分处。机械加工还可以发生在其他元件处，比如发生在转子层叠芯的端部侧终止元件处。例如，机械加工可以发生在电流激励的同步电机的转筒帽处。“转筒帽”被理解为邻近转子绕组的、突出超出转子层叠芯的端部侧终止元件，使得接纳作用在转子绕组上的离心力。

此外，平衡还可以发生在转子轴自身上。

在有利实施方式中，平衡可以优选地在转子的旋转轴线附近例如在轴上发生粗平衡，并且可以优选地在距轴线一定距离处例如在层叠芯上发生精确平衡。

此外，可以在平衡装置和/平衡件处设置有一个或更多个屏蔽元件。因此，例如，可以保护转子的对污垢敏感的部件免受比如磨削粉尘或磨削屑的污垢的侵入，并且/或者减少后续的清洁工作。

在附图中：

图1示出了根据本发明的示例性实施方式的用于使工件平衡的装置的正视图，其中，该装置具有可以平行于轴线移动的磨削单元，该磨削单元具有磨削盘；

图2示出了从侧面观察的根据图1的磨削单元的详细视图；

图3示出了根据本发明的另一示例性实施方式的用于使工件平衡的装置的正视图，其中，该装置具有用于对支承座进行加工的磨削带；

图4示出了从侧面观察的根据图3的磨削单元的详细视图；

图5示出了根据本发明的经过机械加工的平衡体，该平衡体已经从圆形初始形状被磨削成冠状或从圆形初始形状以非圆形的方式被磨削；

图6示出了根据图1和图2的示例性实施方式的替代性实施方式，在该替代性实施方式中，机械加工器件可以以平移的方式进给；

图7示出了转子，在转子的情况下在平衡盘处执行平衡；

图8示出了异步转子，在异步转子的情况下在短路环处执行平衡；

图9示出了转子，在转子的情况下在层叠芯的周向表面处执行平衡。

图1示出了关于用于使工件10平衡的特别是用于使电动马达的转子平衡的装置的示例。在本发明的上下文中，还公开并且要求保护装置本身，即，没有工件10。如图1中所示，然而，还公开并且要求保护装置连同待平衡的工件10。

该装置包括夹持单元30，夹持单元30具有用以对工件10的轴座32进行支撑的支承器件31。如图3中所示，如果支承器件31意在被用于待机械加工的支承座32，则可以使用定心主轴33来代替支承器件31。夹持单元30限定了旋转轴线11，工件10可以在夹紧状态下绕该旋转轴线11旋转，如图1中所示。旋转运动通过旋转驱动器13产生，如借助于图2中的示例所示出的。旋转驱动器13可以实施为滚筒驱动器。其他旋转驱动器13也是可能的。

该装置包括至少一个传感器，特别地包括多个传感器(未图示)，所述至少一个传感器设计成对由于工件10的不平衡而在旋转期间作用或导致的力和/或扭矩和/或振动进行测量。传感器连接至同样未示出的数据处理单元。该数据处理单元配置成或适于处理和发送用于启动机械加工单元20的传感器信号。

在根据图1的示例中，机械加工单元20被设计为具有磨削盘23的磨削单元22。如图2中所示，磨削盘23可以移动，在图2的示例中，磨削盘23被以能够可倾斜地移动的方式(见双箭头)安装，使得可以在与旋转轴线11垂直的径向方向上进行进给运动。磨削盘23和工件10沿相反的方向旋转。在图6中示出了使工件10与磨削盘23之间进行相对运动的另一可能性。此处，磨削盘23沿工件10的方向线性地移动，以对材料的机械去除进行控制。

机械加工单元20，具体地，磨削单元22，可以基于传感器或多个传感器的信号启动。以上提及的连接至传感器或多个传感器的数据处理单元可以执行该启动。磨削单元22的启动，具体地，进给运动，基于传感器的信号实现，使得工件10的材料被去除以减小不平衡。由于传感器与磨削盘21之间的信号连接，测量操作与材料去除之间存在直接联系。在示例中，工件10具体地在工件10的轴上配备有两个呈盘的形式的平衡体12。为了减小不平衡，在示例中，从工件10的平衡体12去除材料。另一数目的平衡体也是可能的。磨削单元22可以平行于旋转轴线11移动，使得可以通过一个或同一磨削单元22对两个平衡体12进行机械加工。

平衡过程继续直至获得期望的平衡品质。对于高旋转速度的转子，平衡品质可以为例如2.5或更好的平衡品质G(参照国际标准ISO 1940-1)。

用于示例的可能的过程顺序如下：工件10被夹紧并以第一目标旋转速度旋转，然后，平衡过程开始，通过合适的器件来确定不平衡度并且将该不平衡传递至控制单元(未示出)(步骤1)；工件被加速至适于磨削工序的第二目标旋转速度并且借助于磨削单元根据控制单元的控制预设被机械加工(步骤2)；随后，工件被移动返回至第一目标旋转速度，并且再次测量不平衡(步骤1)，如果确定的平衡品质还没有与期望的平衡品质对应，则重复步骤2和步骤1直至获得期望的平衡品质，如果实现了期望的平衡品质，则平衡过程结束，工件然后减速至静止并且被松开。根据本发明的该方法示例的特征在于，在整个平衡过程期间，工件没有减速至静止而是持续地旋转。此处旋转速度可以变化，特别是在测量操作与材料去除操作之间可以变化。但是，在实际方法期间，工件从没有达到零速度。

此外，机械加工装置20可以构造成使得同样可以以这种方式实现工件的外周的其他表面机械加工，例如，实现层叠芯的表面的机械加工。

在工件10提供足够的可以被去除以减小不平衡的无功能废材料的情况下，可以省去工件10的平衡盘12。

例如，转子的短路环或层叠芯也被讨论作为无功能废材料。

根据图3和图4的装置基于与根据图1和图2的装置的原理相同的原理。

代替磨削盘23，机械加工器件21被设计为磨削带24。磨削带24或磨削单元22如图1中所示布置成能够平行于旋转轴线11移动。作为替代方案，可以设置多个磨削单元22(各自具有磨削带24或磨削盘21)，使得平衡体12可以被同时机械加工。相对于根据图1的装置的另一区别在于下述事实：夹持单元30包括定心主轴33，从而使得可以对工件10的支承座32进行机械加工。因此，磨削单元22具有多种功能。如结合图1所描述的，磨削单元22可以通过材料去除来减小不平衡。此外，支承座32可以被机械加工，这因此改善了装置的整体效率。

机械加工器件21的进给运动不是通过磨削单元22的运动实现的，而是通过夹持单元30的倾斜运动实现的(见根据图4的双箭头)。这实现了旋转轴线11与磨削带24之间的间距的减小。

对于装置的其余特征，请参照结合图1和图2所作的说明。

根据图1至图4的装置例如如下进行作用(方法)：

工件10被夹持到夹持单元30中并且绕旋转轴线11旋转。为此目的设置有旋转驱动器13。一个或更多个传感器对由于工件10的不平衡而在在旋转期间导致的力和/或扭矩和/或振动进行测量。为了减小不平衡，在测量操作期间，工件10的材料被去除(直接地或经由平衡体或多个平衡体12)。通过磨削实现去除。其他材料去除方法是可能的。

作为同时测量和校正的替代方案，可能的是，在时间方面分开实现测量和材料去除。在这种情况下，工件10继续在这两种操作之间持续地旋转。

图7示意性地图示了转子50。转子50具有轴40、层叠芯41和两个平衡盘43。平衡盘43没有磁性，并且通常由铁构成。在平衡操作期间，转子的磁致激活的部件(转子层叠芯、磁体或绕组)通过屏蔽元件45与平衡盘43隔开。为了进行平衡，根据以上提及的方法中的一个方法在平衡盘43中的至少一个平衡盘处去除材料。在这种情况下，可以以非圆形的方式在周向面(A2)上方进行磨削。作为替代方案，可能的是，通过轴向地进给机械加工器件来在面部侧(A1)处对平衡盘进行机械加工。

图8示意性地图示了对应于图7的转子51。与图7相反，该转子具有带有短路棒44和短路环42的鼠笼。短路环是异步电机中的鼠笼的端部侧电连接元件。该鼠笼可以浇铸或组装(由短路棒和短路环)。短路棒44最终与短路环42齐平。在轴向上，短路棒没有延伸超过短路环。屏蔽元件45被附接以保护层叠芯远离磨削粉尘等。转子不具有任何平衡盘。为了进行平衡，根据以上提及的方法中的一个方法，在短路环42中的至少一个短路环处去除材料。在这种情况下，短路环42可以被以非圆形的方式在周向面(B2)上方磨削。作为替代方案，可能的是，通过轴向地进给机械加工器件来在端部侧(B1)处对短路环42进行机械加工。

图9示意性地图示了对应于图7的转子50。与图7相反，为了平衡的目的，在层叠芯的周向面(C)处对转子进行机械加工。此处，同样以非圆形的方式对层叠芯进行磨削。这可以特别有利地用于具有浇铸的鼠笼的异步电机，因为，在浇铸的鼠笼的情况下，由于铸造残留物在层叠芯的金属板层之间膨胀出来，在任何情况下层叠芯都必须进行后机加工。此处，同样，可以省去单独的平衡盘。

附图标记列表

A1、A2、B1、B2、C 用于平衡的机械加工位置

10 工件

11 旋转轴线

12 平衡体

13 旋转驱动器

20 机械加工单元

21 机械加工器件

22 磨削单元

23 磨削盘

24 磨削带

30 夹持单元

31 支承器件

32 轴座

33 定心主轴

40 转子轴

41 转子层叠芯

42 短路环(异步电机的)

43 平衡盘/平衡体

44 短路棒

45 屏蔽元件

50 转子(电机的)

51 转子(异步电机的)

Claims (15)

1.一种用于使工件(10)平衡的方法，在所述方法中：

使所述工件(10)绕旋转轴线(11)旋转；

对由于所述工件(10)的不平衡而在所述工件的旋转期间导致的力和/或扭矩和/或振动进行测量；以及

去除所述工件(10)的材料以减小所述不平衡，

其特征在于，

所述材料在所述测量期间从旋转的所述工件(10)去除，或者所述工件(10)在所述测量与所述材料去除之间被持续地旋转；

所述工件(10)包括至少一个平衡体(12)，所述至少一个平衡体(12)呈盘形式且在所述工件的旋转轴上配备，所述平衡体(12)的材料被去除以减小所述不平衡，其中，产生了所述平衡体(12)的非圆形的外轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述工件(10)的材料通过限定的或非限定的切削刃去除以减小所述不平衡。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述工件(10)的材料被沿相对于所述旋转轴线(11)成径向的和/或平行的和/或倾斜的方向去除以减小所述不平衡。

4.根据前述权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，

在所述材料去除期间，借助于所述工件(10)与机械加工器件(21)之间的相对运动实现进给。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述相对运动借助于所述工件(10)的运动和/或借助于所述机械加工器件(21)的运动来进行。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在去除所述工件(10)的材料以减小所述不平衡期间，进给循环地发生。

7.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，其特征在于，

所述工件(10)包括多个单独的平衡体(12)，所述多个单独的平衡体(12)的材料被同时去除以减小所述不平衡。

8.一种用于使工件(10)平衡的装置，所述装置具有：

用于所述工件(10)的夹持单元(30)和用于所述工件(10)绕旋转轴线(11)的旋转的旋转驱动器(13)；

至少一个传感器，所述至少一个传感器用于对由于所述工件(10)的不平衡而在所述工件(10)的旋转期间引起的力和/或扭矩和/或振动进行测量；以及

至少一个机械加工单元(20)，所述至少一个机械加工单元(20)用于通过使所述工件(10)旋转来去除所述工件(10)的材料，

其特征在于，

所述机械加工单元(20)能够基于所述传感器的信号而被启动，使得所述材料能够在所述工件(10)的旋转期间被去除以减小所述不平衡；所述工件(10)包括至少一个平衡体(12)，所述至少一个平衡体(12)呈盘形式且在所述工件的旋转轴上配备，所述平衡体(12)的材料被去除以减小所述不平衡，其中，产生了所述平衡体(12)的非圆形的外轮廓。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述机械加工单元(20)包括与所述工件(10)相互作用以去除所述材料的机械加工器件(21)。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，

所述机械加工单元(20)包括磨削单元(22)，所述磨削单元(22)具有作为机械加工器件(21)的磨削盘(23)或磨削带(24)。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述机械加工器件(21)具有固定的或可移动的设计。

12.根据权利要求8-9中的一项所述的装置，其特征在于，

所述机械加工单元(20)能够平行于所述旋转轴线(11)移动。

13.根据权利要求8-9中的一项所述的装置，其特征在于，

多个机械加工单元(20)被沿着所述旋转轴线(11)以一定间距布置。

14.根据权利要求8-9中的一项所述的装置，其特征在于，

所述夹持单元(30)包括用于接纳所述工件的轴座(32)的支承器件(31)或用于对所述工件进行端部侧固定的定心主轴(33)。

15.根据前述权利要求8-9中的一项所述的装置，其特征在于，

所述夹持单元(30)构造成对其他功能表面进行机械加工。

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