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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors und eine elektrische Maschine mit einem nach einem solchen Verfahren ausgewuchteten Rotor.
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DE 10 2016 209 435 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, wobei ein Rotorträgerelement mit mindestens einem Lamellen-Blechpaket wirksam verbunden wird, und wobei das Lamellen-Blechpaket mehrere Lamellen und zur äußeren Begrenzung des Lamellen-Blechpaketes mindestens eine Decklamelle aufweist. Dabei wird aus mehreren Decklamellen eine funktionale Wuchtscheibe realisiert, wobei die Decklamellen direkt aufeinander angeordnet werden.
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Nachteilig dabei ist, dass zum Auswuchten entsprechend viel Material in der Wuchtscheibe vorgehalten werden und das Bohr- bzw. Fräswerkzeug, bspw. durch Nuten zur Führung des Bohr- bzw. Fräswerkzeugs, stabilisiert werden muss.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors, sowie eine elektrische Maschine mit einem nach einem solchen Verfahren ausgewuchteten Rotor bereitzustellen, bei denen das Auswuchten, insbesondere an einer möglichst dünnen Wuchtscheibe, stabil und zuverlässig durchgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors nach Anspruch 1 und eine elektrische Maschine nach Anspruch 6 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten eines Rotors einer elektrischen Maschine umfasst die nachfolgenden Schritte.
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Es erfolgt ein Anbringen mindestens einer Wuchtscheibe am Rotor. Der Rotor der elektrischen Maschine kann eine Rotorwelle und ein Rotorblechpaket umfassen. Die Wuchtscheibe kann als Scheibe oder Ring ausgebildet sein. Die Wuchtscheibe kann bspw. als Kurzschlussring einen Bestandteil der elektrischen Schaltung des Rotors bilden. Die Wuchtscheibe kann an einem axialen Ende (Stirnseite) des Rotors bzw. des Rotorblechpakets angeordnet werden. Es kann vorgesehen sein, dass jeweils eine Wuchtscheibe an jedem axialen Ende des Rotors bzw. des Rotorblechpakets angeordnet wird.
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Es erfolgt dann ein Durchführen mindestens einer Bohroperation, wobei mittels der Bohroperation Material aus der Wuchtscheibe in Form eines Kreissegment-Zylinders entfernt wird. Mit anderen Worten, es wird Masse aus der Wuchtscheibe in Form eines Kreissegment-Zylinders entfernt.
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Damit weist die fertige Materialentnahme bzw. Ausnehmung in der Wuchtscheibe die Form eines Kreissegment-Zylinders auf. Mit anderen Worten, es wird eine Wuchtbohrung durchgeführt, wobei das Wuchtbohrungszentrum außerhalb der Wuchtscheibe positioniert wird. So entsteht in der Wuchtscheibe eine Ausnehmung in Form eines Kreissegment-Zylinders.
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Ein Kreissegment-Zylinder ist ein Zylinder, der als Grundfläche ein Kreissegment aufweist. Bei der Durchführung mehrerer Bohroperationen, können die aus der Wuchtscheibe entfernten Kreissegment-Zylinder voneinander beabstandet angeordnet sein. Ebenso denkbar ist es, dass die Kreissegment-Zylinder einander berühren und/oder überlappend in der Wuchtscheibe angeordnet sind.
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Mit diesem Verfahren können nun auch vergleichsweise kleine und/oder dünne Wuchtscheiben ohne die Gefahr der Rotorblechpaketbeschädigung, insbesondere radial, gewuchtet werden.
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Vorliegend ist mit „axial“ bzw. „axialer Richtung“ eine entlang der Mittellängsachse bzw. parallel zur Mittellängsachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors der elektrischen Maschine orientierte Richtung gemeint. Mit anderen Worten, die Mittellängsachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors ist in axialer Richtung orientiert. Entsprechend ist mit „radial“ bzw. „radialer Richtung“ eine orthogonal zur Mittellängsachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors ausgerichtete und von der Mittellängsachse der elektrischen Maschine bzw. des Rotors ausgehende Richtung gemeint.
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Vorzugsweise kann der Radius des Kreissegment-Zylinders größer als die (entlang oder parallel zur Mittellängsachse orientierte) halbe Dicke, insbesondere größer als die Dicke, der Wuchtscheibe sein.
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Vorzugsweise kann die Bohroperation mittels eines Bohr- oder Fräswerkzeugs durchgeführt werden, welches einen Durchmesser aufweist, der größer als die Dicke (entlang oder parallel zur Mittellängsachse orientiert) der Wuchtscheibe ist.
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Die Bohroperation kann mittels eines Bohrers oder mittels eines Fräsers durchgeführt werden. Durch die Verwendung eines (im Vergleich zur Dicke der Wuchtscheibe) großen Bohr- bzw. Fräsdurchmessers kann sehr einfach eine große Wuchtmasse entnommen werden. Damit kann eine deutlich größere Wuchtmasse entnommen und/oder das Gewicht der Wuchtscheiben deutlich reduziert werden. Durch den großen Durchmesser verläuft der Bohrer bzw. der Fräser nicht während der Bohroperation und der Wuchtprozess ist deutlich stabiler.
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Zur Durchführung der Bohroperation kann das Werkzeug radial zugeführt werden (Bohren) oder axial zugeführt werden (Fräsen), wobei das Werkzeug in beiden Fällen derart orientiert ist, dass die Mittellängsachse des Werkzeugs die Rotorwelle bzw. die Mittellängsachse des Rotors schneidet. Mit anderen Worten, das Werkzeug kann in radialer Richtung orientiert sein.
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Vorzugsweise kann die Höhe des Kreissegments des Kreissegment-Zylinders kleiner als die Dicke der Wuchtscheibe sein. Insbesondere kann die maximale Eindringtiefe der Ausnehmung in der Wuchtscheibe kleiner als die Dicke der Wuchtscheibe sein.
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Mit anderen Worten, die Kreissegment-Zylinderförmige Ausnehmung erstreckt sich insbesondere nicht durch die gesamte Dicke der Wuchtscheibe. Damit kann gewährleistet werden, dass die dem Rotor bzw. dem Rotorblechpacket zugewandte Stirnseite der Wuchtscheibe nicht beschädigt wird. Entsprechend wird beim Durchführen der Bohroperation insbesondere ein Abstand zu der dem Rotor zugewandten Stirnseite und somit zum Rotor (bzw. dem Rotorblechpaket) eingehalten. Damit kann die Gefahr einer Beschädigung des Rotors bzw. des Rotorblechpakets bei der Durchführung der Bohroperation ausgeräumt oder zumindest minimiert werden.
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Vorzugsweise kann die Wuchtscheibe eine Unwucht, insbesondere in Form mindestens eines Axialsegments und/oder mindestens eines Radialsegments aufweisen. Dabei kann die Unwucht als axiale und/oder radial abragende Materialanhäufung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Wuchtscheibe am Radialsegment eine größere Radialerstreckung aufweisen, als die Radialerstreckung der Wuchtscheibe an einer anderen Stelle bzw. als die über den Umfang betrachtet mittlere Radialerstreckung der Wuchtscheibe.
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Die mindestens eine Bohroperation kann, insbesondere ausschließlich, im Bereich der Unwucht der Wuchtscheibe durchgeführt werden. Damit kann der Rotor stets an nahezu der gleichen Stelle im Bereich der bzw. in der Unwucht mittels der Bohroperation ausgewuchtet werden.
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Die elektrische Maschine kann neben dem Rotor einen den Rotor nach radial außen umgebenden Stator aufweisen. Insbesondere sind die Mittellängsachsen der elektrischen Maschine, des Rotors und der Rotorwelle identisch.
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Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschine mit einem eine Rotorwelle und ein Rotorblechpaket umfassenden Rotor, der durch ein Verfahren gemäß obiger Ausführungen ausgewuchtet wurde, vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der elektrischen Maschine können die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
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Vorzugsweise kann die Wuchtscheibe eine Form und Größe aufweisen, die die Elektromagnetik des Rotors nicht beeinflusst. Hierdurch kann ein höherer Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erzielt werden.
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Vorzugsweise kann die Wuchtscheibe derart ausgebildet sein, dass diese mit Blick auf das Blechpaket - entlang der Mittellängsachse der Rotorwelle gesehen - die Magnete des Rotorblechpakets nicht überdeckt. Mit anderen Worten, die Wuchtscheibe überdeckt vorzugsweise die Magnete in einer axialen Projektion (axialen Draufsicht) des Rotors nicht. Bei den Magneten kann es sich um V-förmig am und oder im Rotorblechpaket angeordnete Permanentmagnete handeln. Insbesondere wird dadurch der Magnetfeldlinienverlauf der Magnete nicht oder nur unwesentlich durch die Wuchtscheibe beeinflusst.
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Vorzugsweise kann die insbesondere derart ausgeführte Wuchtscheibe einen magnetisierbaren Stoff umfassen. Die Wuchtscheibe kann insbesondere aus einem magnetisierbaren Stoff bestehen. Aufgrund des beschriebenen Designs der Wuchtscheibe ist man unabhängig von nicht magnetisierbaren Werkstoffen bzw. austenitischen Stählen. Dadurch ergibt sich eine größere Materialauswahl bzw. günstigere Werkstoffe für die Wuchtscheibe.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt, jeweils schematisch,
- 1 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines Rotors mit einer Wuchtscheibe;
- 2 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors mit der Wuchtscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 3 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors mit der Wuchtscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und
- 4 einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors mit der Wuchtscheibe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines Rotors 10 mit einer Wuchtscheibe 12. Der Rotor 10 weist eine Rotorwelle 18 auf. Die Rotorwelle 18 erstreckt sich entlang ihrer Mittellängsachse 22.
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Der Rotor 10 weist zudem ein Rotorblechpaket 20 auf, das konzentrisch um die Rotorwelle 18 angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Mittellängsachse 22 der Rotorwelle 18 und die Mittellängsachse 23 des Rotorblechpakets 20 sind kongruent. In dem Rotorblechpaket 20 sind Magnete 24 V-förmig angeordnet (vgl. 2 bis 4).
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Beim Auswuchten des Rotors 10 wird mittels eines Bohr- oder Fräswerkzeugs (nicht dargestellt) Material aus der Wuchtscheibe 12 entfernt. Dabei ist der Durchmesser des verwendeten Bohr- oder Fräswerkzeugs größer als die Dicke der Wuchtscheibe 12. Damit wird eine Ausnehmung in der Wuchtscheibe 12 erzielt, die die Form eines Kreissegment-Zylinders 14 aufweist. Der in 1 gezeigte Rotor 10 ist somit bereits ausgewuchtet.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors 10 mit der Wuchtscheibe 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Wuchtscheibe 12 unterscheidet sich von der Wuchtscheibe aus 1 dadurch, dass die dargestellte Wuchtscheibe 12 die Magnete 24 des Rotorblechpakets 20 nicht überdeckt. Mit anderen Worten, die Wuchtscheibe 12 überdeckt in axialer Draufsicht des Rotors 10 die Magnete 24 nicht.
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Aufgrund der V-förmigen Anordnung der Magnete 24 im Rotorblechpaket 20 weist die dargestellte Wuchtscheibe 12 die Form eines Sterns mit sechs Zacken 13 auf. Dabei ist in einem der sechs Zacken 13 der sternförmigen Wuchtscheibe 12 die Ausnehmung in Form des Kreissegment-Zylinders 14 angeordnet. Mit anderen Worten, die Bohroperation ist an einem der sechs Zacken 13 der sternförmigen Wuchtscheibe 12 durchgeführt worden.
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3 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors 10 mit der Wuchtscheibe 12 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Ähnlich wie die Wuchtscheibe 12 aus 2, überdeckt die dargestellte Wuchtscheibe 12 die Magnete 24 in axialer Draufsicht des Rotors 10 nicht.
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Die Wuchtscheibe 12 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Unwucht 16 auf. Diese ist vorliegend in Form von drei Radialsegmenten 17 ausgebildet. Dabei weisen die drei Radialsegmente 17 eine größere Radialerstreckung auf, als die Radialerstreckung der Wuchtscheibe 12 an einer anderen Stelle. Mit anderen Worten, die drei Radialsegmente 17 der Wuchtscheibe 12 ragen nach radial außen.
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Vorliegend sind in zwei der drei Radialsegmenten 17 jeweils eine Bohroperation durchgeführt worden. Mit anderen Worten, zwei der drei Radialsegmente 17 weisen eine Ausnehmung in Form des Kreissegment-Zylinders 14 auf.
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Zusätzlich ist zwischen den beiden Radialsegmenten 17, in denen die Bohroperation durchgeführt worden ist, eine weitere Bohroperation durchgeführt worden. Mit anderen Worten, zwischen den Radialsegmenten 17 mit den Ausnehmungen in Form der Kreissegment-Zylinder 14 ist eine weitere Ausnehmung in Form des Kreissegment-Zylinders 14 angeordnet. Die Ausnehmungen sind vorliegend beabstandet zueinander angeordnet.
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4 zeigt einen Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung des Rotors 10 mit der Wuchtscheibe 12 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Die Wuchtscheibe 12 weist, ähnlich wie die Wuchtscheibe 12 aus 3, eine Unwucht 16 auf.
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Vorliegend weist die Unwucht 16 der Wuchtscheibe 12 eine größere Radialerstreckung auf, als die Radialerstreckung der Wuchtscheibe 12 an einer anderen Stelle. Vorliegend sind in der Unwucht 16 drei Bohroperationen durchgeführt worden. Dabei überlagern sich die einzelnen Ausnehmungen in Form von Kreissegment-Zylindern 14. Die Ausnehmungen sind also nicht voneinander beabstandet angeordnet, sondern gehen ineinander über.
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Vorliegend ist die Wuchtscheibe 12 im Vergleich zur Wuchtscheibe 12 aus 3 an einem anderen axialen Ende des Rotors 12 angeordnet. Es ist denkbar, dass die 3 und 4 ein und denselben Rotor 10 mit zwei unterschiedlichen Wuchtscheiben 12 (jeweils eine an einem axialen Ende) zeigen.
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Ebenso ist es denkbar, dass die 3 und 4 zwei separate Rotoren 10 mit zwei unterschiedlichen Wuchtscheiben 12 zeigen, wobei jeweils eine Wuchtscheibe 12 an jeweils einem anderen axialen Ende der Rotoren 10 angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016209435 A1 [0002]
