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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer
elektrischen Maschine, wobei in einer Mantelfläche des
Rotors mindestens ein Schlitz zur Reduktion von Wirbelstromverlusten eingebracht
wird.
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Stand der Technik
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Rotoren
elektrischer Maschinen müssen für einen ausreichend
ruhigen Lauf und zur Vermeidung frühzeitigen Lagerverschleißes
ausgewuchtet werden. Aus der
JP 09121516 A ist hierzu ein Verfahren bekannt,
durch materialabtragende Verfahren, beispielsweise das Einbringen
von Bohrungen, den Rotor auszuwuchten. Aus der
EP 1 158 650 A2 ist ein Verfahren
bekannt, bei dem außenumfangsseitig Material abgetragen,
beispielsweise abgeschliffen wird, um ungleich verteilte Massen
abzunehmen. An diesen Verfahren ist die relativ aufwendige Bearbeitung nachteilig.
Weiter ist es bekannt, Rotoren durch Anbringen von Wuchtkit auszuwuchten,
was aber insgesamt eine Masseerhöhung des Rotors mit sich
bringt. Weiter ist bekannt, Rotoren an der Oberfläche zu schlitzen,
um Wirbelstromverlusten entgegen zu wirken.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines wirbelstromreduzierten
Rotors einer elektrischen Maschine herzustellen, wobei gleichzeitig
eine sehr gute Balance des Rotors erzielt wird.
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Hierzu
wird ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen
Maschine vorgeschlagen, wobei in einer Mantelfläche des
Rotors mindestens ein Schlitz zur Reduktion von Wirbelstromverlusten
eingebracht wird. Es ist vorgesehen, dass der Schlitz hinsichtlich
seiner Lage und/oder Formgebung derart ausgestaltet wird, dass er
ferner eine Rotorunwucht kompensiert oder teilkompensiert. Der an
sich zur Reduktion von Wirbelstromverlusten in die Mantelfläche
des Rotors eingebrachte Schlitz wird folglich so ausgestaltet, dass
er gleichzeitig eine vorhandene Rotorunwucht kompensiert oder wenigstens
teilkompensiert. Dies geschieht durch seine Anordnung auf dem Rotor
und durch seine Formgebung. Insbesondere ist hierbei also maßgeblich,
wo der Schlitz auf dem Rotor angebracht wird, und welche Formgebung,
beispielsweise Tiefe, er aufweist.
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In
einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der
Schlitz derart in den Rotor eingebracht wird, dass er sich über
den Umfang des Rotors umlaufend erstreckt. Der Schlitz ist demzufolge
außenumfangsseitig am Rotor dergestalt eingebracht, dass
er umläuft, also die gesamte Mantelfläche des
Rotors in einer bestimmten Ebene schlitzt. Gerade solche Schlitze
können mit einfachen Bearbeitungswerkzeugen günstig
hergestellt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird der Schlitz so eingebracht,
dass der umlaufende Schlitz einen Schlitzgrund aufweist und dass
der Schlitzgrund exzentrisch zur Mantelfläche des Rotors
verläuft. Der Rotor hat demzufolge einen gegebenen Rotorquerschnitt,
der als Kreisquerschnitt im weitesten Sinne um die Rotationsachse
des Rotors verläuft. Der Schlitz wird nun so eingebracht,
dass er einen Schlitzgrund aufweist, der als Außenfläche
eines Schlitzkerns betrachtet werden kann, und wobei Schlitzkern
und Rotorquerschnitt exzentrisch zueinander liegen. Auf diese Weise
lässt sich eine hinsichtlich ihrer Masse ungleich zur übrigen
Rotormasse gelagerte Masse des Schlitzkerns bewirken, die ihrerseits
einer vorhandenen Unwucht des Rotors entgegenwirkt.
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In
einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen,
dass der Schlitz in einer Radialebene des Rotors ausgebildet ist,
die rechtwinklig oder schiefwinklig zur Drehachse des Rotors verläuft. Insbesondere über
die Ausbildung einer schiefwinklig zur Drehachse des Rotors verlaufenden
Radialebene kann auch Kippmomenten des Rotors, zusätzlich
zu einer möglichen Unwucht, begegnet werden.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens
werden mehrere, ungleich ausgebildete Schlitze über die
axiale Erstreckung des Rotors verteilt ausgebildet. Auf diese Weise
ist es möglich, durch Anbringung von Schlitzen, die hinsichtlich
ihrer Tiefe und Anordnung unterschiedlich ausgebildet sind, vorhandene
Unwuchten oder Kippmomente sehr fein auszugleichen. Mit ungleicher
Ausbildung ist hierbei gemeint, dass sich die Schlitze in Bezug
auf ihre Schlitztiefe und auf ihre Geometrie (also letztlich auf
die Querschnittsausbildung und die Lage des Zentrums des innerhalb
des Schlitzgrundes verbleibenden Körpers) unterscheiden.
Insbesondere können die Schlitze auch in unterschiedlicher
Exzentrizität zur Drehachse des Rotors vorliegen und in
unterschiedlicher Breite und Tiefe ausgebildet sein, ebenso können
sie in unterschiedlichen Radialebenen liegen. Es ist hierbei insbesondere
also auch möglich, Schlitze von über den Umfang unterschiedlicher
Schlitztiefe auszubilden, so dass sich als verbleibender Körper
innerhalb des Schlitzgrundes kein Rotationskörper ergibt,
sondern ein Körper mit ungleichmäßig
ausgebildeter Kontur. Es ist ferner auch denkbar, Schlitze auszubilden,
die keine in irgendeiner Art symmetrische Geometrie aufweisen, sondern
die unregelmäßig ausgebildet sind. Insbesondere
unter Verwendung von Bearbeitungsverfahren, die zum Materialabtrag
Laserstrahlen einsetzen, lassen sich derartige, unregelmäßige
Schlitzausbildungen herstellen.
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Weiter
wird ein Rotor einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, der unter
Anwendung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, hergestellt ist.
Ein solcher Rotor verbindet die Verringerung von Wirbelstromverlusten
mit einer sehr guten Laufruhe und einfacher, kostengünstiger
Herstellungsweise dadurch, dass das Herstellen der Schlitze zur
Wirbelstromreduktion und das Auswuchten des Rotors in einem Arbeitsgang
erfolgen können.
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Es
wird ferner ein Rotor mit einer elektrischen Maschine vorgeschlagen,
mit einer Mantelfläche, in der mindestens ein Schlitz zur
Reduktion von Wirbelstromverlusten eingebracht ist, wobei vorgesehen
ist, dass der Schlitz hinsichtlich seiner Lage und seiner Formgebung
derart ausgestaltet ist, dass er ferner eine Rotorunwucht kompensiert
oder teilkompensiert.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus Kombinationen derselben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
einen Rotor einer elektrischen Maschine im Quer- und Längsschnitt;
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2 zeigt
die Herstellung des Rotors aus 1 und
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3 zeigt
einen Rotor einer elektrischen Maschine mit unterschiedlich ausgebildeten
Schlitzen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt
einen Rotor 1 einer nicht dargestellten elektrischen Maschine
in vereinfachter, schematischer Darstellung im Querschnitt und im
Längsschnitt. Der Rotor 1 ist im Wesentlichen
als Rotationskörper 2 um eine Drehachse 3 ausgebildet.
Es versteht sich hierbei von allein, dass mit Rotationskörper 2 nicht
gemeint ist, dass der Rotor 1 eine in sich geschlossene,
insbesondere überall zylindrisch geschlossene Mantelfläche 4 aufweisen
muss (wohl aber aufweisen kann). Die Bezeichnung als Rotationskörper 2 ist
vielmehr als geometrische Vereinfachung zur Darstellung der Erfindung
zu verstehen. Vereinfachend wird daher vom Rotationskörper 2 gesprochen,
auch wenn der Rotor 1 die üblichen, aus dem Stand
der Technik bekannten Unterbrechungen der Mantelfläche 4 aufweist,
wie sie beispielsweise zum Einbringen von nicht dargestellten Wicklungen erforderlich
sind. Die Mantelfläche 4 des Rotors 1 weist, über
seine Axialerstreckung a beabstandet verteilt, Schlitze 5 auf,
die derart ausgebildet sind, dass sie von der Mantelfläche 4 ausgehend
bis hin zu einem Schlitzgrund 6 unter Materialabnahme vom Rotor 1 eingestochen
sind. Der Rotordurchmesser dr wird im Bereich
der Schlitze 5 demzufolge reduziert, so dass sich ein Schlitzkerndurchmesser
ds ergibt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Schlitzkerndurchmesser ds ein solcher
eines als Rotationskörper ausgebildeten Schlitzkernes 7,
wobei unter Schlitzkern 7 ein solcher in Axialerstreckung
des Rotors 1 betrachteter Teil zu verstehen ist, der radial
im Bereich des Schlitzes 5 stehen bleibt, der also nicht
durch Materialabnahme zur Bildung des Schlitzes 5 dient.
Der Schlitzkern 7 wird demzufolge durch den Schlitzgrund 6 außenumfangsseitig
begrenzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schlitzkern 7 als
Rotationskörper 8 um ein Schlitzkernzentrum 9 ausgebildet,
wobei das Schlitzkernzentrum 9 exzentrisch zu der Drehachse 3 beziehungsweise
zu einem Rotorzentrum 10 liegt. Die Schlitze 5 sind
hierbei in einer Radialebene 11 angeordnet, die rechtwinklig
zur Drehachse 3 des Rotors 1 verläuft.
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2 zeigt
schematisch die Herstellung des Rotors 1 aus 1,
beziehungsweise eines Schlitzes 5, wie vorstehend zu 1 beschrieben.
Hierzu rotiert der Rotor 1 um das Schlitzkernzentrum 9,
das exzentrisch zur Drehachse 3 des Rotors 1 liegt,
nämlich um die Strecke e versetzt. Radial zum Rotor 1 läuft
ein spanabhebendes Werkzeug 12, beispielsweise ein Sägeblatt 13 oder
ein Fräser 14 der vom Rotor 1 in der
Radialebene 11 Material von der Mantelfläche 4 des
Rotors 1 abträgt, wobei sich der Schlitzgrund 6 ausbildet.
Durch die Rotation des Rotors 1 während der Bearbeitung
um das Schlitzkernzentrum 9 bildet sich der Schlitzkern 7 exzentrisch zum
Rotor 1 aus. Hierdurch wird durch die Wahl der Strecke
e und damit der Exzentrizität des Schlitzkerns 7 zum
Rotor 1 während des Abringens des Schlitzes 5 zur
Reduktion von Wirbelstromverlusten auch ein Auswuchten des Rotors 1 bewirkt.
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3 zeigt
einen Rotor 1 entsprechend dem vorstehend Beschriebenen.
Der Rotor 1 weist einen Schlitzkern 7 auf, der
nicht als Rotationskörper, sondern mit dem Querschnitt
einer Ellipse 15 ausgebildet ist. Gleichzeitig ist die
Ellipse 15 mit ihrem Ellipsenzentrum 16 exzentrisch
zur Drehachse 3 beziehungsweise zum Rotorzentrum 10 angeordnet.
In Axialerstreckung a des Rotors 1 sind neben zwei Ellipsen 15 ferner
ein unregelmäßiger Schlitz 20 sowie ein
weiterer Schlitzkern 7 ausgebildet, wobei der Schlitzkern 7 ein
zweites Schlitzkernzentrum 17 aufweist, das ein in einer
weiteren Schlitzkernachse 18 liegt, die zur ersten Schlitzkernachse 19 der
Ellipsen 15 verschieden ist. Auf diese Weise lassen sich
nicht nur radial wirkende Unwuchten des Rotors 1 kompensieren,
sondern auch Kippmomente, die insbesondere aus über die
Axialerstreckung a des Rotors 1 ungleich verteilten Unwuchten
entstehen. Gerade der unregelmäßige Schlitz 20 lässt
sich insbesondere durch Verwendung von Laserbearbeitungsverfahren
herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 09121516
A [0002]
- - EP 1158650 A2 [0002]