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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen.
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Ein Läufer einer elektrischen Maschine verfügt über eine Welle und über ein auf der Welle positioniertes Blechpaket, wobei in Magnettaschen des Blechpakets Magnete positioniert sind. Die Magnete bilden Polpaare. Das Blechpaket des Läufers einer elektrischen Maschine kann als segmentiertes Blechpaket aus mehreren in Axialrichtung der Welle gesehen nebeneinander bzw. hintereinander positionierten Blechpaketsegmenten ausgebildet sein.
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Fertigungsabweichungen der einzelnen Baugruppen des Läufers führen trotz einer oftmals symmetrischen Bauweise des Läufers zu einer Unwucht. Überschreitet die Unwucht des Läufers einen Grenzwert, kommt es im Betrieb der elektrischen Maschine zu unerwünschten Vibrationen, Geräuschen oder einem vorzeitigen Ausfall.
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Zur Kompensation der Unwucht eines Läufers einer elektrischen Maschine ist es aus der Praxis bekannt, einen Läufer einer elektrischen Maschine auszuwuchten. Hierbei wird die Unwucht durch einen Massenausgleich am Läufer beseitigt. Der Massenausgleich beim Wuchten kann durch Wegnahme von Masse durch sogenanntes Negativ-Wuchten oder durch Hinzufügen von Masse als sogenanntes Positiv-Wuchten durchgeführt werden kann. Negativ-Wuchten wird auch als Subtraktives-Wuchten und Positiv-Wuchten auch als Additives-Wuchten bezeichnet.
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Bei aus der Praxis bekannten Verfahren zum Auswuchten eines Läufers einer elektrischen Maschine findet typischerweise Negativ-Wuchten Verwendung. Das Beschädigen des Läufers einer elektrischen Maschine beim Negativ-Wuchten ist jedoch für Hochleistungsmaschinen nicht tolerabel.
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Daher ist es aus der Praxis bekannt, zusätzlich zu den oben erwähnten Baugruppen der Welle, des Blechpakets sowie der Magnete am Läufer einer elektrischen Maschine eine Opfermasse bereitzuhalten, von der für das Negativ-Wuchten Masse weggenommen werden kann. Derartige Opfermassen für das Negativ-Wuchten werden auch als Wuchtscheiben bezeichnet. Das Vorsehen solcher Wuchtscheiben verfügt jedoch über den Nachteil, dass ich einerseits die axiale Baulänge des Läufers erhöht und andererseits die Masse des Läufers erhöht wird.
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Um die Nachteile des Negativ-Wuchtens zu vermeiden, kann alternativ zum Auswuchten eines Läufers einer elektrischen Maschine auch Positiv-Wuchten ausgeführt werden. Beim Positiv-Wuchten wird punktuell Material auf den Läufer einer elektrischen Maschine aufgebracht, und zwar ausschließlich an solchen Stellen des Läufers, an denen es zur Minimierung der Unwucht erforderlich ist. Durch Positiv-Wuchten ausgewuchtete Läufer sind leichter als Läufer, die durch Negativ-Wuchten ausgewuchtet sind.
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Für Läufer von elektrischen Maschinen, die mit einer Drehzahl von mehr als 15.000 U/min oder gar mit einer Drehzahl von mehr als 17.000 U/min betrieben werden, sind sowohl die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Negativ-Wuchten als auch die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Positiv-Wuchten ungeeignet, und zwar insbesondere im Hinblick auf eine industrielle Fertigung solcher Läufer innerhalb kurzer Taktzeiten.
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DE 527 042 A offenbart ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen, mit zumindest folgenden Schritten: Bereitstellen eines auszuwuchtenden Läufers, Bereitstellen von Steckmassenrohlingen, Bearbeiten der Steckmassenrohlinge durch Abtrennen eines Abschnitts definierter Länge vom jeweiligen Steckmassenrohling unter Ausbildung von Steckmassen mit einer gegenüber dem Steckmassenrohling geänderten, nämlich gekürzten, Außenkontur. Montieren der bearbeiteten Steckmassenrohlinge und damit der Steckmassen auf dem auszuwuchtenden Läufer.
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Schneider, Hatto: Auswuchttechnik, 7. Auflage, Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 2007, Seiten 27 bis 30, ISBN 978-3-540-49091-3 offenbart der Ermittlung eines Betrags und einer Orientierung einer Initialunwucht eines auszuwuchtenden Rotors.
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Es besteht daher Bedarf an einem neuartigen Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen, das insbesondere zum Auswuchten von schnelllaufenden elektrischen Maschinen innerhalb kurzer Taktzeiten während der Fertigung geeignet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines auszuwuchtenden Läufers.
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Bereitstellen von Steckmassenrohlingen, wobei die bereitgestellten Steckmassenrohlinge für die Steckmassen einen Grundkörper aufweisen, der an sich diametral gegenüberliegenden Abschnitten unterschiedlich große Materialaussparungen aufweist, und der im Bereich der größeren Materialaussparung eine bezogen auf die größere Materialaussparung gegenüber derselben in Umfangsrichtung und Radialrichtung vorstehende Lasche aufweist.
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Ermitteln eines Betrags und einer Orientierung einer Initialunwucht des auszuwuchtenden Läufers.
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Bearbeiten der Steckmassenrohlinge durch Abtrennen eines Abschnitts definierter Länge vom jeweiligen Steckmassenrohling in Abhängigkeit vom Betrag der ermittelten Initialunwucht unter Ausbildung von Steckmassen mit einer gegenüber dem Steckmassenrohling geänderten, nämlich gekürzten, Außenkontur, wobei von den Steckmassenrohlingen im Bereich der Laschen die Abschnitte definierter Länge in Abhängigkeit des Betrags der ermittelten Initialunwucht abgetrennt werden, derart, dass die verbleibende Lasche gegenüber dem Grundkörper bezogen auf die größere Materialaussparung in Radialrichtung umso mehr vorsteht, je größer der Betrag der ermittelten Initialunwucht ist. Die verbleibende Lasche steht gegenüber dem Grundkörper bezogen auf die größere Materialaussparung in Radialrichtung umso mehr vor, je größer der Betrag der ermittelten Initialunwucht ist.
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Montieren der bearbeiteten Steckmassenrohlinge und damit der Steckmassen auf dem auszuwuchtenden Läufer in einer von der Orientierung der ermittelten Initialunwucht abhängigen Winkellage.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Initialunwucht eines auszuwuchtenden Läufers der jeweiligen elektrischen Maschine ermittelt. Anschließend werden die bereitgestellten Steckmassenrohlinge bearbeitet. Hierzu wird vom jeweiligen Steckmassenrohling in Abhängigkeit der ermittelten Initialunwucht, und zwar abhängig vom Betrag der ermittelten Initialunwucht, ein Abschnitt definierter Länge unter Veränderung der Außenkontur bzw. Außenumrisskontur des jeweiligen Steckmassenrohlings abgetrennt. Der so bearbeitete Steckmassenrohling stellt eine jeweilige Steckmasse bereit, die abhängig von der Orientierung der ermittelten Initialunwucht in einer definierten Winkellage auf der Welle und damit auf dem auszuwuchtenden Läufer montiert wird.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Auswuchten eines Läufers einer elektrischen Maschine vor, das insbesondere für schnelllaufende elektrische Maschinen geeignet ist, um dieselben innerhalb kurzer Taktzeiten effektiv und hochgenau auszuwuchten. Die Steckmassenrohlinge für die Ausbildung der Steckmassen erlauben innerhalb kurzer Taktzeiten effektiv und hochgenau das Auswuchten des Läufers einer elektrischen Maschine. Das Abtrennen des jeweiligen Abschnitts von der Lasche des Steckmassenrohlings kann innerhalb kürzester Zeit hochgenau erfolgen.
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Vorzugweise wird auf jeder Seite des Blechpakets jeweils eine Steckmasse angeordnet.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden von den Steckmassen die Abschnitte definierter Länge durch Stanzen abgetrennt. Das Abtrennen durch Stanzen ist besonders einfach möglich.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Steckmassen über einen Presssitz auf der Welle angeordnet. Der Presssitz ist zwischen dem Grundkörper des jeweiligen Steckmassenrohlings und der Welle ausgebildet. Das Montieren der jeweiligen Steckmasse über einen Presssitz ist einfach und bevorzugt. Auf eine Befestigung durch Kleben oder dergleichen kann verzichtet werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine Seitenansicht eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgewuchteten Läufers einer elektrischen Maschine;
- 2 ein Detail der 2 in perspektivischer Ansicht,
- 3 eine Vorderansicht eines beim erfindungsgemäßen Verfahren genutzten Steckmassenrohlings,
- 4 eine Seitenansicht des Steckmassenrohlings der 3.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern elektrischer Maschinen.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auswuchten von Läufern schnelllaufender elektrischer Maschinen, die im Betrieb mit Drehzahlen von mehr als 15.000 U/min, insbesondere mit Drehzahlen von mehr als 17.000 U/min, rotieren. Bei solchen elektrischen Maschinen handelt es sich um elektrische Maschinen, die in Hochleistungsfahrzeugen als Antriebsaggregate zum Einsatz kommen.
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1 zeigt einen Läufer 10 einer elektrischen Maschine, der ein auf der Welle 11 positioniertes Blechpaket 12 aus mehreren Blechpaketsegmenten 12S umfasst. Die Blechpaketsegmente 12S sind in Axialrichtung der Welle 11 gesehen hintereinander bzw. nebeneinander auf der Welle 11 unter Ausbildung des Blechpakets 12 angeordnet.
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Um einen Läufer 10 einer elektrischen Maschine mit einer Welle 11 und einem auf der Welle 11 angeordneten Blechpaket 12 im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuwuchten, wird einerseits der auszuwuchtende Läufer 10 bereitgestellt, andererseits werden Steckmassenrohlinge 13 bereitgestellt. Beim bereitgestellten, auszuwuchtenden Läufer 10 sind die Blechpaketsegmenten 12S vorzugsweise ohne Wellenschultern und damit Anschläge für die Blechpaketsegmente 12S aus der Welle verbaut.
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Zunächst werden ein Betrag und eine Orientierung einer Initialunwucht des bereitgestellten, auszuwuchtenden Läufers 10 bestimmt. Anschließend werden die Steckmassenrohlinge 13 bearbeitet, und zwar durch Abtrennen eines Abschnitts definierter Länge vom jeweiligen Steckmassenrohling in Abhängigkeit vom Betrag der ermittelten Initialunwucht, wobei hierdurch Steckmassen 13' ausgebildet werden.
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Durch das Abtrennen des Abschnitts definierter Länge wird die Außenkontur bzw. Außenumrisskontur des jeweiligen Steckmassenrohlings 13 verändert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bleibt demnach die Außenkontur, also die Außenumrisskontur, eines Steckmassenrohlings 13 nicht unverändert, vielmehr wird derselbe durch Abtrennen des Abschnitts definierter Länge in seiner Erstreckung gekürzt.
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Nach dem Bearbeiten der Steckmassenrohlinge 13 abhängig vom Betrag der ermittelten Initialunwucht, werden bearbeitete Steckmassenrohlinge 13 und damit entsprechende Steckmassen 13' auf dem auszuwuchtenden Läufer 11 in einer von der Orientierung der ermittelten Initialunwucht abhängigen Winkellage montiert.
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1 kann entnommen werden, dass zu beiden Seiten des Blechpakets 12 an jedem axialen Ende 12a, 12b des Blechpakets 12 jeweils ein bearbeiteter Steckmassenrohling 13 und damit jeweils eine Steckmasse 13' montiert wird. Hierzu werden, bezogen auf die beiden axialen Enden 12a, 12b des Blechpakets 12 jeweils ein Betrag und jeweils eine Orientierung der Initialunwucht des auszuwuchtenden Läufers 10 bestimmt. Für jedes axiale Ende 12a, 12b wird jeweils ein Steckmassenrohling 13 abhängig von dem jeweiligen Betrag der Initialunwucht individuell bearbeitet. Dieser individuell bearbeitete Steckmassenrohling 13 und damit die jeweilige individuelle Steckmasse 13' wird am jeweiligen axialen Ende 12a, 12b abhängig von der Orientierung der Initialunwucht am jeweiligen axialen Ende 12a, 12b in einer individuellen Winkellage montiert.
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Beim Auswuchten eines Läufers 10 einer elektrischen Maschine im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen die in 3 und 4 gezeigten Steckmassenrohlinge 13 zum Einsatz. Ein solcher Steckmassenrohling 13 verfügt über einen Grundkörper 14, der an sich diametral gegenüberliegenden Abschnitten Materialaussparungen 15, 16 aufweist. Zusätzlich zum Grundkörper 14 mit den unterschiedlich großen Materialaussparungen 15, 16 weist der Steckmassenrohling 13 im Bereich der größeren Materialaussparung 16 eine bezogen auf die größere Materialaussparung 16 gegenüber derselben in Umfangsrichtung und Radialrichtung vorstehende Lasche 17 auf. Die Lasche 17 und der Grundkörper 14 bilden zusammen einen einstückigen Steckmassenrohling 13 aus.
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Im in 3 und 4 gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Materialaussparungen 15, 16 durch Abflachungen der Außenkontur 14a des Grundkörpers 14 ausgebildet. Die kleinere der beiden Materialaussparungen 15 ist als eine Abflachung mit der Länge l15 ausgebildet. Die diametral gegenüberliegende größere Materialaussparung 16 ist als Abflachung mit einer Länge l16 ausgebildet, wobei l16 größer als l15 ist.
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Bezogen auf diese größere Materialaussparung 16 mit der Länge l16 steht die Lasche 17 in Umfangsrichtung und Radialrichtung gegenüber dem Grundkörper 14 vor. Gemäß 3 steht die Lasche 17 in Radialrichtung gegenüber der größeren Materialaussparung 16 um das Maß d17 vor. Die Breite der Lasche 17 ist durch das Maß l17 gekennzeichnet.
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Von der Lasche 17 des jeweiligen Steckmassenrohlings 13 wird unter Ausbildung der jeweiligen Steckmasse 13' abhängig vom Betrag der jeweiligen ermittelten Initialunwucht ein Abschnitt definierter Länge abgetrennt, und zwar unter Kürzung des Maßes d17.
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Das Abtrennen des Abschnitts definierter Länge vom jeweiligen Steckmassenrohling 13 abhängig vom Betrag der ermittelten Initialunwucht erfolgt derart, dass die abgetrennte Länge und damit die Verkürzung des Maßes d17 umso kürzer ist, je größer der Betrag der ermittelten Initialunwucht ist. Je größer die Initialunwucht ist, desto mehr bleibt demnach von der Lasche 17 stehen. Je geringer der Betrag der ermittelten Initialunwucht ist, desto mehr wird von der Lasche 17 unter Verkürzung des Maßes d17 abgetrennt.
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Bei maximal abgetrennter Lasche 17 gleichen Ohren oder Vorsprünge der verbleibenden Restlasche die unterschiedlich großen Materialaussparungen 15 und 16 aus, sodass dann die Steckmasse 13', die nach maximalen Abtrennen der Lasche 17 übrig bleibt, keinem Unwuchtausgleich mehr dient.
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Durch Abtrennen eines Abschnitts definierter Länge in Abhängigkeit des Betrags der ermittelten Initialunwucht vom Steckmassenrohling 13 wird demnach die eigentliche Steckmasse 13' ausgebildet, die dann in einer von der Orientierung der ermittelten Initialunwucht abhängigen Winkellage auf der Welle 11 des Läufers 10 montiert wird, wobei auf jeder Seite des Blechpakets 12 eine individuell angepasste Steckmasse 13' in einer individuellen Winkellage montiert wird.
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Gemäß 4 weist der Grundkörper 14 des Steckmassenrohlings eine Dicke x14 auf, wobei die Lasche 17 eine Dicke x17 aufweist.
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Die Dicke x14 des Grundkörpers 14 beträgt zwischen 5 mm und 15 mm, bevorzugt zwischen 7 mm und 13 mm, besonders bevorzugt in etwa 10 mm.
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Die Dicke x17 der Lasche 17 beträgt zwischen 1 mm und 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, besonders bevorzugt in etwa 2 mm.
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Die obigen Maße x14, x17 sind bevorzugt, um den Steckmassenrohling 13 über eine in den Grundkörper 14 eingebrachte Ausnehmung 18 über einen Presssitz auf der Welle 11 des Läufers 10 zu montieren, und um andererseits ein einfaches Abtrennen eines Abschnitts definierter Länge von der Lasche 17 zu ermöglichen. Beim Bearbeiten der Steckmassenrohlinge 13 wird ausschließlich im Bereich der jeweiligen Lasche 17 Material von dem jeweiligen Steckmassenrohling 13 abgetrennt.
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Nach dem Montieren der Steckmassen 13' auf dem auszuwuchtenden Läufer 11 wird vorzugsweise erneut die Unwucht des nunmehr bereits ausgewuchteten Läufers 1 bestimmt, wobei dann, wenn diese Unwucht größer als ein Grenzwert ist, mindestens eine der Steckmassen 13 wieder entfernt und nachbearbeitet wird.
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Um das Entfernen einer über einen Presssitz auf der Welle 11 montierten Steckmasse 13' zu erleichtern, sind am Grundkörper 14 der jeweiligen Steckmasse an sich gegenüberliegenden Abschnitten Hinterschnitte 19 ausgebildet. Über diese Hinterschnitte 19 kann eine über einen Presssitz auf der Welle 11 montierte Steckmasse 13' leicht von der Welle 11 gelöst werden.
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Die oben definierte Dicke x14 des Grundkörpers 14 erlaubt es, die jeweilige Steckmasse 13' alleine durch die Pressverbindung zur Welle 11 auf der Welle 11 zu montieren. Eine zusätzliche Fügetechnik, wie zum Beispiel Kleben, ist nicht erforderlich.
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Die Steckmassenrohlinge 13 sind aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem paramagnetischen Werkstoff, gefertigt. Dies ist bevorzugt, um eine Beeinflussung des Rotormagnetfelds über die Steckmassen 13' zu vermeiden. Auch hat dies Vorteile für die Ausbildung des Presssitzes zwischen Welle 11 und Steckmasse13`.Die Steckmassenrohlinge 13 sind vorzugsweise Schmiedeteile.
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Um beim Entfernen einer Steckmasse 13' des Läufers 10 eine Beschädigung insbesondere der Rotorwelle 11 zu vermeiden, verfügt die Steckmasse 13' über eine geringere Härte als die Welle 11.
