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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine, ein Verfahren und ein System zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung sowie eine elektrische Antriebsmaschine, umfassend eine derartige Rotoranordnung.
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In elektrischen Maschinen, insbesondere in elektrischen Maschinen zum Antrieb eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, werden die Rotoren der elektrischen Maschinen im Betrieb auf enorme Drehzahlen von in der Regel weit über 14.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt.
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Aufgrund der hohen Drehzahlen ist eine symmetrische Gewichtsverteilung eines Rotors um dessen Rotationsachse unabdingbar. Weist ein derartig schnell rotierender Rotor eine asymmetrische Gewichtsverteilung um die Rotationsachse des Rotors auf, führt diese unweigerlich zu einer Unwucht, die schließlich zu unerwünschten Vibrationen und einem erhöhten Verschleiß der elektrischen Antriebsmaschine führen.
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Weil eine vollständig symmetrische Gewichtsverteilung eines Rotors um seine Rotationsachse konstruktiv nur schwierig erreichbar ist, sind aus dem Stand der Technik Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten eines Rotors bekannt.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwenden hierbei in der Regel so genannte Wuchtscheiben zum Ausgleichen von Unwuchten eines Rotors. Je nach Gewichtsverteilung um die Rotationsachse des Rotors werden Bohrungen seitlich in die Wuchtscheiben eingeführt, um Unwuchten gezielt auszugleichen.
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Nachteilig an den bekannten Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten eines Rotors ist jedoch, dass die Wuchtscheiben aufgrund der Einführung der Bohrungen eine große Schichtdicke besitzen müssen, was zu einem unnötig hohen Gewicht führt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass durch das Einführen der Bohrungen Materialspäne entstehen, die anschließend aufwändig entfernt werden müssen.
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Damit der verwendete Bohrer während des Bohrvorgangs nicht verläuft, müssen zudem vor einer Bohrung Zentrierbohrungen im Bereich der Wuchtscheibe eingeführt werden, was zusätzlich einen erheblichen Mehraufwand und höhere Kosten verursacht.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gewichtsoptimierte Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine zur Verfügung zu stellen, die einen stabilen und langlebigen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine gewährleistet und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Rotoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine elektrische Antriebsmaschine gemäß Anspruch 8, ein Verfahren zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung gemäß Anspruch 9 sowie ein System zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung gemäß Anspruch 11. Weitere Merkmale und Details ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Technische Merkmale, die zu der erfindungsgemäßen Rotoranordnung offenbart werden, gelten dabei auch in Verbindung mit der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsmaschine bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren oder dem erfindungsgemäßen System und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Erfindungsgemäß ist eine Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen. Hierbei umfasst die erfindungsgemäße Rotoranordnung einen Rotor mit einer Rotorwelle und einem zumindest teilweise um die Rotorwelle angeordneten Rotorkörper, der um eine Drehachse drehbar auf der Rotorwelle gelagert ist. Ferner umfasst die gegenständliche Rotoranordnung zumindest ein erstes Wuchtelement zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors. Die erfindungsgemäße Rotoranordnung zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass ein Ausgleichen einer Unwucht des Rotors über ein plastisches Verformen des zumindest einen Wuchtelementes durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß ist also eine Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen, die ein Wuchtelement zum Ausgleichen einer Unwucht aufweist, welches allein durch plastisches Verformen in der Lage ist, eine Unwucht des Rotors auszugleichen. Im Gegensatz zu den bekannten Rotoranordnungen für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine wird so auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein stabiler und dauerhaft effektiver Betrieb einer elektrischen Maschine gewährleistet. Die Funktionsweise der Rotoranordnung, insbesondere das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten, wird nachfolgend näher erläutert.
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Durch die Möglichkeit, ein Ausgleichen einer Unwucht durch ein einfaches plastisches Verformen eines Wuchtelementes zu gewährleisten, ist es insbesondere möglich, auf ein Einführen von Bohrungen in Wuchtscheiben zum Ausgleichen von Unwuchten zu verzichten. Auf diese Weise können auch dünne Wuchtscheiben verwendet werden, sodass ein gewichtsoptimierter Aufbau möglich ist. Zudem kann auf eine aufwändige Entfernung von Materialspänen und ein Einführen von Zentrierbohrungen verzichtet werden.
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Die gegenständliche Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine kann vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, wie einem PKW oder einem LKW, insbesondere einem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug, wie einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen. Ebenso ist allerdings auch der Einsatz in anderen Fahrzeugen, wie Nutzfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen denkbar. Unter einem erfindungsgemäßen Wuchtelement kann im Rahmen der Erfindung insbesondere ein lösbar an einen Rotor anordbares Element verstanden werden, mit dessen Hilfe eine Unwucht innerhalb eines Rotors ausgeglichen werden kann.
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Im Rahmen einer einfachen, schnellen und exakt einstellbaren Ausführung zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn ein erstes und zweites Wuchtelement vorgesehen ist, wobei das erste und zweite Wuchtelement vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Rotorkörpers angeordnet sind. Durch die Anordnung eines ersten und zweiten Wuchtelementes auf gegenüberliegenden Seiten des Rotorkörpers wird hierbei insbesondere eine einfache flexible Einstellmöglichkeit zur Verfügung gestellt, indem wahlweise ein zielgerichtetes plastisches Verformen gegenüberliegend voneinander angeordneter Wuchtelemente vorgenommen werden kann.
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Ferner kann es im Rahmen einer nachrüstbaren Ausführung der gegenständlichen Rotoranordnung von Vorteil sein, wenn das zumindest eine Wuchtelement in Form einer Wuchtscheibe zur endseitigen Anordnung an den Rotorkörper ausgebildet ist, wobei das zumindest eine Wuchtelement vorzugsweise lösbar an dem Rotorkörper und/oder der Rotorwelle befestigt ist. Auf diese Weise ist es nicht nur möglich, beschädigte Wuchtelemente einfach auszutauschen, sondern auch das erfindungsgemäße Konzept für bereits bestehende Rotoren nutzbar zu machen. Im Rahmen einer lösbaren Anordnung des Wuchtelementes an dem Rotorkörper kann das Wuchtelement hierbei formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Rotorkörper und/oder der Rotorwelle befestigt sein.
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Zudem kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn das zumindest eine Wuchtelement Wuchtsegmente zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors aufweist, wobei die Wuchtsegmente vorzugsweise plastisch verformbar, insbesondere verbiegbar ausgebildet sind, um eine Unwucht des Rotors auszugleichen. Eine derartige Ausführung ermöglicht insbesondere eine konstruktiv einfache, kostengünstige und exakt einstellbare Ausführung zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors.
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Um eine flexible und exakte Einstellbarkeit des Wuchtelementes bzw. der Wuchtelemente zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors zur Verfügung zu stellen kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass die Wuchtsegmente gleichmäßig entlang des zumindest einen Wuchtelementes verteilt sind.
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Im Rahmen einer einfachen Einstellbarkeit des Wuchtelementes bzw. der Wuchtelemente zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors kann es darüber hinaus von Vorteil sein, wenn das zumindest eine Wuchtelement in Form einer Wuchtscheibe ausgebildet ist, wobei die Wuchtsegmente vorzugsweise auf einem äußeren Radius des Wuchtelementes angeordnet sind, insbesondere gleichmäßig entlang des äußeren Radius des Wuchtelementes verteilt sind.
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Ferner kann es ebenfalls von Vorteil sein, wenn die Wuchtsegmente Sollbiegestellen zum gezielten Umbiegen aufweisen, wobei ein Wuchtsegment vorzugsweise zumindest zwei Sollbiegestellen aufweist. Eine Einführung von Sollbiegestellen in die Wuchtsegmente der gegenständlichen Wuchtelemente ermöglicht insbesondere eine einfache und unkomplizierte Bearbeitung der Wuchtsegmente für das Ausgleichen einer Unwucht. Durch das Einführen von Sollbiegestellen kann dabei nicht nur der Prozess eines plastischen Verformens vereinfacht werden, sondern auch das Bestimmen einer Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors erleichtert werden.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner eine elektrische Antriebsmaschine, umfassend einen Stator sowie eine innerhalb des Stators angeordnete voranstehend beschriebene Rotoranordnung. Damit weist die erfindungsgemäße elektrische Antriebsmaschine dieselben Vorteile auf, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Rotoranordnung beschrieben worden sind.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer voranstehend beschriebenen Rotoranordnung. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Ermittelns einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung mittels einer Sensoreinheit, eines Bestimmens einer Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors der Rotoranordnung mittels einer Verarbeitungseinheit sowie eines Durchführens der Auswuchtkorrekturmaßnahme auf Basis der Bestimmung, wobei die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors über ein plastisches Verformen eines Wuchtelementes durchgeführt wird. Damit weist das erfindungsgemäße Verfahren dieselben Vorteile auf, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Rotoranordnung bzw. die elektrische Antriebsmaschine beschrieben worden sind.
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Im Hinblick auf eine einfache, vorzugsweise automatisierbare Ausführung des gegenständlichen Verfahrens kann es ferner von Vorteil sein, wenn die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors mittels einer Steuereinheit durchgeführt wird, wobei die Auswuchtkorrekturmaßnahme vorzugsweise automatisiert erfolgt.
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Es versteht sich vorliegend, dass einzelne, mehrere oder alle obligatorischen und/oder optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in der vorgeschlagenen Reihenfolge, aber auch abweichend von der vorgeschlagenen Reihenfolge ausgeführt werden können. Hierbei können einzelne, mehrere oder alle obligatorischen und/oder optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere wiederholt, bspw. zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Es versteht sich ferner, dass einzelne, mehrere oder alle der obligatorischen und optionalen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständlich auch durch einen Computer implementiert werden können.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ferner ein System zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine, vorzugsweise zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer voranstehend beschriebenen Rotoranordnung, insbesondere zur Ausführung eines voranstehend beschriebenen Verfahrens. Hierbei umfasst das erfindungsgemäße System eine Sensoreinheit zum Ermitteln einer Unwucht des Rotors der Rotoranordnung, eine Verarbeitungseinheit zum Bestimmen einer Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors der Rotoranordnung sowie eine Steuereinheit zum Durchführen der Auswuchtkorrekturmaßnahme auf Basis der Bestimmung, wobei die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors über ein plastisches Verformen eines Wuchtelementes durchführbar ist. Damit weist das erfindungsgemäße System dieselben Vorteile auf, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Rotoranordnung, die elektrische Antriebsmaschine oder das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine erfindungsgemäße Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2a ein vergrößerter Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Rotoranordnung gemäß 1 vor einer erfindungsgemäßen Auswuchtkorrekturmaßnahme,
- 2b ein vergrößerter Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Rotoranordnung gemäß 2 nach einer erfindungsgemäßen Auswuchtkorrekturmaßnahme,
- 3 die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine,
- 4 ein erfindungsgemäßes System zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors einer Rotoranordnung für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rotoranordnung 2 für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine 80 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Wie gemäß 1 erkennbar ist, umfasst die erfindungsgemäße Rotoranordnung 2 einen Rotor 4 mit einer Rotorwelle 6 und einen zumindest teilweise um die Rotorwelle 6 angeordneten Rotorkörper 8, der um eine Drehachse X drehbar auf der Rotorwelle 6 gelagert ist sowie zumindest ein erstes Wuchtelement 10a zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4, wobei ein Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 vorliegend über ein plastisches Verformen des zumindest einen Wuchtelementes 10a durchführbar ist.
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Wie gemäß 1 zu erkennen ist, umfasst die Rotoranordnung 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel neben einem ersten Wuchtelement 10a noch ein zweites Wuchtelement 10b, wobei die Wuchtelemente 10a, 10b auf gegenüberliegenden Seiten des Rotorkörpers 8 angeordnet sind.
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Die Wuchtelemente 10a, 10b sind vorliegend in Form von Wuchtscheiben zur endseitigen Anordnung an den Rotorkörper 8 ausgebildet und dabei lösbar an dem Rotorkörper 8 und/oder der Rotorwelle 6 befestigt.
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Wie gemäß 1 zu erkennen ist, weisen die Wuchtelemente 10a, 10b Wuchtsegmente 12 zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 auf, wobei die Wuchtsegmente 12 vorliegend plastisch verformbar, insbesondere verbiegbar ausgebildet sind, um eine Unwucht des Rotors 4 auszugleichen.
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2a zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Rotoranordnung 2 gemäß 1 vor einer erfindungsgemäßen Auswuchtkorrekturmaßnahme.
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Wie gemäß 2a erkennbar ist, sind die Wuchtsegmente 12 auf einem äußeren Radius R der Wuchtelemente 10a, 10b angeordnet und hierbei gleichmäßig entlang des äußeren Radius R verteilt.
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Ferner ist zu erkennen, dass die Wuchtsegmente 12 Sollbiegestellen 14 zum gezielten Umbiegen aufweisen.
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2b zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Rotoranordnung 2 gemäß 1 nach einer erfindungsgemäßen Auswuchtkorrekturmaßnahme, in der ein Wuchtsegment 12 entlang der Sollbiegestelle 14 umgebogen ist, um eine Unwucht innerhalb des Rotors 4 auszugleichen.
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3 zeigt die einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors 4 einer Rotoranordnung 2 für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine 80.
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Hierbei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte eines Ermittelns 100 einer Unwucht eines Rotors 4 einer Rotoranordnung 2 mittels einer Sensoreinheit 30, eines Bestimmens 200 einer Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 der Rotoranordnung 2 mittels einer Verarbeitungseinheit 40 sowie eines Durchführens 300 der Auswuchtkorrekturmaßnahme auf Basis der Bestimmung 200, wobei die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 über ein plastisches Verformen eines Wuchtelementes 10a, 10b durchgeführt wird.
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Die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 kann hierbei mittels einer Steuereinheit 50 durchgeführt werden und vorzugsweise automatisiert erfolgen.
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4 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes System 1 zum Ausgleichen einer Unwucht eines Rotors 4 einer Rotoranordnung 2 für den Einsatz in einer elektrischen Antriebsmaschine 80.
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Wie gemäß 4 erkennbar ist, umfasst das erfindungsgemäße System 1 eine Sensoreinheit 30 zum Ermitteln 100 einer Unwucht des Rotors 4 der Rotoranordnung 2, eine Verarbeitungseinheit 40 zum Bestimmen 200 einer Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 der Rotoranordnung 2 sowie eine Steuereinheit 50 zum Durchführen 300 der Auswuchtkorrekturmaßnahme auf Basis der Bestimmung 200, wobei die Auswuchtkorrekturmaßnahme zum Ausgleichen einer Unwucht des Rotors 4 über ein plastisches Verformen eines Wuchtelementes 10a, 10b durchführbar ist.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
