DE102008053838B4 - Method and device for balancing a rotating body - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Wuchten eines Rotors (2) einer elektrischen Maschine, bei dem mindestens ein Wuchtgewicht durch Reibschweißen an dem Rotor (2) angebracht wird.Method for balancing a rotor (2) of an electrical machine, in which at least one balancing weight is attached to the rotor (2) by friction welding.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wuchten eines Rotors einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die Erfindung einen Rotor, der mit Hilfe zuvor genannten Verfahrens bzw. zuvor genannter Vorrichtung zur Beseitigung einer Unwucht ausgewuchtet wurde.The invention relates to a method and a device for balancing a rotor of an electrical machine. Furthermore, the invention relates to a rotor, which has been balanced by means of the aforementioned method or device for eliminating an imbalance.
Unter den Begriff ”Wuchten oder Auswuchten” bezeichnet man ein verringern oder beseitigen einer Unwucht. Aufgrund nicht zu verhindernder Fertigungstoleranzen besitzt jeder um eine feststehende Achse rotierende Körper eine Unwucht, die bei Rotation zu Vibrationen, Geräuschen und Verschleiß und somit einer zu Reduktion der Produktlebensdauer führen kann. Derartige Unwuchten lassen sich jedoch nach dem Fertigungsvorgang des Rotationskörpers durch einen Ausgleich der Massenverteilung am Rotationskörper beseitigen oder zumindest reduzieren. Ein solcher Ausgleich kann positiv oder negativ sein. Heim sogenannten positiven Wuchten werden Wuchtgewichte an geeigneten Positionen angebracht. Hingegen wird beim sogenannten negativen Wuchten gezielt Masse am Rotationskörper abgetragen, um die Unwucht zu reduzieren. Hierbei werden in der Regel spanende Fertigungsmethoden eingesetzt.The term "balancing" refers to reducing or eliminating imbalance. Due to unavoidable manufacturing tolerances each rotating about a fixed axis body has an imbalance, which can lead to vibration, noise and wear and thus a reduction in the product life. However, such imbalances can be eliminated after the manufacturing process of the rotating body by balancing the mass distribution on the rotating body or at least reduce. Such compensation can be positive or negative. Home so-called positive balancing balancing weights are placed at appropriate positions. On the other hand, in the so-called negative balancing, mass is deliberately removed from the rotating body in order to reduce the imbalance. In this case, machining production methods are usually used.
Das erfindungsgemäße Verfahren kommt zur Wuchtung eines Rotors einer elektrischen Maschine zum Einsatz. Hier wird häufig ein negatives Wuchten eingesetzt, beispielsweise in dem gezielt Bohrungen in das Blechpaket des Läufers eingebracht werden. Auch spanende Fertigungsmethoden kommen hierbei häufig zum Einsatz, insbesondere dann, wenn der Läufer aus einem Druckgussmaterial mit großer Dichte hergestellt wurde.The method according to the invention is used for balancing a rotor of an electrical machine. Here, a negative balancing is often used, for example, are introduced in the targeted holes in the laminated core of the rotor. Also, machining methods are often used here, especially when the rotor has been produced from a die casting material with high density.
Ein positives Verfahren zum Wuchten eines Rotors einer elektrischen Maschine ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches und kostengünstiges Wuchten eines Rotors zu ermöglichen.The invention has for its object to enable the simplest possible and cost-effective balancing a rotor.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Wuchten eines Rotors gelöst, bei dem mindestens ein Wuchtgewicht durch Reibschweißen an den Rotor angebracht wird.The object is achieved by a method for balancing a rotor, in which at least one balancing weight is attached to the rotor by friction welding.
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Wuchten eines Rotors gelöst, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Wuchtgewichtes und einen rotatorischen Antrieb zur Rotation des Wuchtgewichtes umfasst und wobei die Vorrichtung zum Reibverschweißen des rotierenden Wuchtgewichtes mit dem Rotor ausgebildet ist.In addition, the object is achieved by a device for balancing a rotor, wherein the device comprises a receiving device for receiving a balancing weight and a rotary drive for rotating the balancing weight and wherein the device for Reibverschweißen the rotating balancing weight is formed with the rotor.
Ferner wird die Aufgabe durch einen Rotor mit mindestens einem Wuchtgewicht, welches über eine Reibschweißverbindung mit dem Rotor verbunden ist, gelöst.Furthermore, the object is achieved by a rotor with at least one balancing weight, which is connected via a Reibschweißverbindung with the rotor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.Advantageous embodiments of the invention are mentioned in the dependent claims.
Beim Reibschweißen werden die beiden miteinander zu verbindenden Teile relativ zueinander bewegt, wobei die beiden Teile unter Druck zusammengeführt werden. Durch die hierbei entstehende Reibung kommt es zu einer Erwärmung, durch die die beiden Teile schließlich miteinander verschweißt werden. Eine Reibschweißverbindung unterscheidet sich von anderen Schweißverbindungen dadurch, dass die sogenannte Wärmeeinflusszone deutlich kleiner ist als bei anderen Schweißverfahren und dadurch die Bildung von Schmelze in der Fügezone unterbleibt.In friction welding, the two parts to be joined are moved relative to each other, whereby the two parts are brought together under pressure. Due to the resulting friction, there is a heating, by which the two parts are finally welded together. A friction-welded joint differs from other welded joints in that the so-called heat-affected zone is significantly smaller than in other welding methods and thus the formation of melt in the joining zone is omitted.
Das Reibschweißen ist ein erprobtes und prozesssicheres Verfahren zum Zusammenführen von Materialien. Es ist sehr schnell und weist einen hohen Automatisierungsgrad auf. Auf diese Art und Weise kann das Wuchten eines Rotors sehr viel schneller und kostengünstiger ausgeführt werden, als es bei Anwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Wuchtverfahren der Fall ist. Da es sich um ein positives Wuchtverfahren handelt, wird Material eingespart, da keine Wuchtzapfen oder ähnliche Massen abgebohrt oder abgefräst werden müssen.Friction welding is a proven and process-safe method for combining materials. It is very fast and has a high degree of automation. In this way, the balancing of a rotor can be carried out much faster and more cost-effectively than is the case when using the balancing method known from the prior art. Since it is a positive balancing process, material is saved, since no balancing pin or similar masses must be drilled or milled.
Insbesondere dann, wenn das Wuchtgewicht eine Rotationssymmetrie aufweist, bietet sich ein Rotationsreibschweißverfahren als spezielle Ausgestaltung des Reibschweißens an, um das Wuchtgewicht mit dem Rotor zu verbinden.In particular, when the balance weight has a rotational symmetry, offers a rotary friction welding method as a special embodiment of the friction welding, in order to connect the balancing weight with the rotor.
Das Wuchtgewicht wird an einen Rotor einer elektrischen Maschine angebracht. Im Vergleich zu dem aus der
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass das Wuchtgewicht an einem stirnseitigen Kurzschlussring eines Kurzschlussläufers angebracht wird. Ein derartiger Kurzschlussläufer kann nun sehr einfach mit einem herkömmlichen Druckgussverfahren hergestellt werden. Die erforderlichen Wuchtgewichte können anschließend problemlos mittels Reibschweißen an geeigneten Positionen am Kurzschlussring angebracht werden. A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the balancing weight is attached to a front-side short-circuit ring of a squirrel cage rotor. Such a squirrel-cage rotor can now be produced very easily by means of a conventional die-casting method. The required balancing weights can then be easily attached by friction welding at appropriate positions on the short-circuit ring.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden vor dem Reibschweißen folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- – Messung einer Unwucht des Rotors während einer Rotation des Rotors,
- – Berechnung einer Position, an der das Wuchtgewicht auf dem Rotor anzubringen ist,
- – Berechnung einer Masse, die das Wuchtgewicht zum Ausgleich der Unwucht aufzuweisen hat und
- – Abtrennen des Wuchtgewichtes mit der zuvor bestimmten Masse von einem Endlosstrang.
- Measuring an imbalance of the rotor during a rotation of the rotor,
- Calculating a position at which the balance weight is to be mounted on the rotor,
- - Calculation of a mass, which has to show the balance weight to compensate for the unbalance and
- - Separating the balance weight with the previously determined mass of a continuous strand.
Die angegebenen Verfahrensschritte lassen sich sehr gut automatisieren, so dass der Aufwand zum Wuchten des Rotors erheblich reduziert werden kann.The specified method steps can be automated very well, so that the effort for balancing the rotor can be significantly reduced.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Wuchtgewicht vor dem Reibschweißen mindestens ein kegelstumpfförmiges Ende auf und wird an dem mindestens einem kegelstumpfförmigen Ende mit dem Rotor verschweißt. Bei einem zylinderförmigen Wuchtgewicht, das an einem Ende kegelstumpfförmig ausläuft, erhält man somit idealerweise nach dem Reibschweißvorgang eine reine Zylinderform des Wuchtgewichtet. Denn beim Reibschweißen findet eine leichte Verformung des Materials im Bereich des kegelstumpfförmigen Endes statt, die schließlich die kegelstumpfförmige Form an der Verbindungsstelle wieder kompensiert.In a further advantageous embodiment of the invention, the balance weight before friction welding on at least one frusto-conical end and is welded to the at least one frusto-conical end with the rotor. In the case of a cylindrical balancing weight which ends in a frustoconical manner at one end, it is thus ideal to obtain a pure cylindrical shape of the balancing weight after the friction welding operation. For in friction welding, a slight deformation of the material takes place in the region of the frustoconical end, which finally compensates for the frusto-conical shape at the connection point.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Endlosstrang zylinderförmig ausgeführt und wird das kegelstumpfförmige Ende beim Abtrennen des Wuchtgewichtes von dem zylinderförmigen Endlosstrang erzeugt. Auf diese Weise kann der Prozess der Herstellung eines rotationssymmetrischen zylinderförmigen Wuchtgewichtes mit kegelstumpfförmigem Ende weitgehend automatisiert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the endless strand is cylindrical and the frusto-conical end is produced when separating the balance weight of the cylindrical endless strand. In this way, the process of producing a rotationally symmetric cylindrical balance weight with frusto-conical end can be largely automated.
In vielen Fällen wird man bei der Auswuchtung eines Rotors mit nur einem Wuchtgewicht nicht auskommen. Hierbei ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, bei der mindestens ein weiteres Wuchtgewicht am Rotor durch Reibschweißen angebracht wird, das sich mit dem mindestens einen Wuchtgewicht auf einer gemeinsamen Kreisbahn befindet.In many cases you will not get along with the balancing of a rotor with only one balance weight. In this case, an embodiment of the invention is advantageous in which at least one further balancing weight is attached to the rotor by friction welding, which is located with the at least one balancing weight on a common circular path.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Wuchten eines Rotors besitzt neben der Aufnahmevorrichtung einen rotatorischen Antrieb, mit der das Wuchtgewicht für den Reibschweißvorgang in Rotation versetzt wird. Die Vorrichtung ermöglicht damit ein Rotationsreibschweißen, welches insbesondere bei rotationssymmetrischen Wuchtgewichten die Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte auf sehr einfache Art und Weise ermöglicht.The device according to the invention for balancing a rotor has, in addition to the receiving device, a rotary drive with which the balancing weight for the friction welding process is set in rotation. The device thus enables rotational friction welding, which makes it possible to carry out the method steps described above in a very simple manner, in particular in the case of rotationally symmetrical balancing weights.
Vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch weitergebildet werden, dass sie ferner eine
- – Messeinrichtung zur Messung einer Unwucht des Rotors während einer Rotation des Rotors,
- – erste Mittel zur Berechnung einer Position, an der das Wuchtgewicht auf dem Rotors anzubringen ist,
- – zweite Mittel zur Berechnung einer Masse, die das Wuchtgewicht zum Ausgleich der Unwucht aufzuweisen hat und
- – eine Abtrenneinrichtung zum Abtrennen des Wuchtgewichtes mit der zuvor bestimmten Masse von einem Endlosstrang
- Measuring device for measuring an imbalance of the rotor during a rotation of the rotor,
- First means for calculating a position at which the balance weight is to be mounted on the rotor,
- - Second means for calculating a mass, which has to show the balance weight to compensate for imbalance, and
- - A separating device for separating the balance weight with the previously determined mass of a continuous strand
Eine derartige Vorrichtung weist einen hohen Automatisierungsgrad auf, und ist in der Lage das Messen der Unwucht, die Berechnung der Position und der Masse des Wuchtgewichtes, die Herstellung und Bereitstellung des Wuchtgewichtes und schließlich das Reibschweißen des Wuchtgewichtes weitgehend autark durchzuführen.Such a device has a high degree of automation, and is able to perform the measurement of the imbalance, the calculation of the position and mass of the balance weight, the production and provision of the balancing weight and finally the friction welding of the balancing weight largely self-sufficient.
Um die zuvor bereits beschriebenen Vorteile eines kegelstumpfförmigen Endes des Wuchtgewichtes zu erzielen, ist die Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass ihre Abtrenneinrichtung zur Erzeugung dieses kegelstumpfförmigen Endes des Wuchtgewichtes eingerichtet ist.In order to achieve the advantages already described of a frusto-conical end of the balancing weight, the device is to be developed such that its separating device is set up to produce this frusto-conical end of the balancing weight.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
Zunächst wird der Rotor
Idealerweise besitzt das Wuchtgewicht
Schließlich bewegt sich die rotierende Aufnahmevorrichtung
Bevor das Wuchtgewicht
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