DE69113561T2

DE69113561T2 - Auswuchteinrichtung für motoren.

Info

Publication number: DE69113561T2
Application number: DE69113561T
Authority: DE
Inventors: Yukio Katsuzawa; Michi Masuya; Kosei Nakamura
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2011-02-16
Also published as: DE69113561D1; JPH03251066A; JP2716237B2; WO1991013485A1; EP0470265A4; EP0470265B1; US5235228A; EP0470265A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Konstruktion eines Allzweck-Industrie-Elektromotors, durch die das Vibrieren reduziert wird und insbesondere mit einer Motor-Auswuchtkonstruktion zum Auswuchten eines solchen Elektromotors.
Die Zunahme der Maschinengeschwindigkeit auf dem Gebiet von Werkzeugmaschinen hat zu Problemen geführt, wie z. B. zu einem Absinken der Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung aufgrund der Vibrationen des elektrischen Antriebsmotors, der zum Antreiben der Spindel oder anderer beweglicher Teile einer Werkzeugmaschine verwendet wird, sowie zu einer Zunahme des davon erzeugten Lärms. Es wird davon ausgegangen, daß die Vibrationen eines Elektromotors dadurch überaus wirksam reduziert werden können, daß ein nicht ausgewuchteter Zustand jeder einzelnen (im Betrieb) rotierenden Komponente des Elektromotors korrigiert wird.
Daher werden bei dem konventionellen Verfahren zum Zusammenbau eines Elektromotors die einzelnen rotierenden Komponenten eines Motors zuerst ausgewuchtet, um auf diese Weise ein gut ausgewuchtetes Endprodukt als den Elektromotor zu erhalten.
Bei Hochgeschwindigkeits-Motoren mit einer maximalen Drehzahl von mehr als 15.000 Upm kann jedoch selbst eine sehr kleine Unwucht schädliche Vibrationen verursachen, wenn der Motor in dem Hochgeschwindigkeitsbereich arbeitet. Wenn die rotierenden Komponenten eines Elektromotors individuell ausgewuchtet sind und diese Komponenten dann zusammengebaut werden, dann können sich sehr kleine Unwuchten, die in den Komponenten verbleiben, akkumulieren, um eine Unwucht zu bilden, die einen zulässigen Grenzwert überschreitet.
Selbst wenn es beabsichtigt ist, die Konstruktion des Motors in der Weise zu vollenden, daß die rotierenden Komponenten desselben vorab zusammengebaut und ausgewuchtet werden, ehe die ausgewuchteten rotierenden Komponenten mit einem Motorgehäuse und zugehörigen Teilen kombiniert werden, ist es häufig aufgrund konstruktiver Beschränkungen unmöglich, einen solchen Zusammenbauprozess durchzuführen, und selbst wenn es möglich ist, den Motor nach einem solchen Montageverfahren zusammenzubauen, ergeben sich bei der Qualitätskontrolle des Motors Probleme. Beispielsweise ist es erforderlich, die Lager zu zerlegen, um lediglich die inneren (Lager-)Ringe an der Abtriebswelle des Motors zu befestigen und um die Lager nach dem Auswuchten der Kombination von Abtriebswelle und inneren Ringen wieder zusammenzubauen. Ein solches Verfahren erfordert viel Zeit und Arbeit und führt unvermeidlich zu Problemen, indem die Lager beispielsweise mit Staub verschmutzt werden. Ferner müssen die Teile und Komponenten des Motors an externen Antriebseinrichtungen einer kommerziellen Auswuchtmaschine montiert werden, um individuell dynamisch ausgewuchtet zu werden; da die Antriebseinrichtungen der kommerziellen Auswuchtmaschine jedoch die Teile nur mit einer Drehzahl von höchstens 3.000 Upm antreiben können, ist die kommerzielle Auswuchtmaschine nicht in der Lage, eine kleine Unwucht derselben (der ausgewuchteten Teile) zu ermitteln.
Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine billige ausgewuchtete Motorkonstruktion anzugeben, die die Möglichkeit bietet, einen Motor derart auszuwuchten, daß der Motor in der Lage ist, in einem gut ausgewuchteten Zustand über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich zu arbeiten.
Die DE-OS 52 70 422 und die FR-OS 24 61 855 offenbaren beide Auswuchtringe, welche außerdem als Dichtelemente dienen.
Die US-PS 2 249 834 offenbart eine Vorrichtung, welche einen Elektromotor umfaßt, der eine rotierende Abtriebswelle besitzt, die mit einander in axialer Richtung gegenüberliegenden externen Enden versehen ist, und der eine Auswuchtkonstruktion aufweist, die an jedem Ende der Abtriebswelle ein fest montiertes Scheibenelement umfaßt, wobei jedes der Scheibenelemente in axialer Richtung eine innere und eine äußere Oberfläche aufweist und wobei diese Oberflächen senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle ausgerichtet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung äußeren Oberflächen jedes der Scheibenelemente mit darin definierten Gewindebohrungen versehen sind, wobei die mehreren Gewindebohrungen nach außen offen sind, derart, daß ein Bedienungsmann Zugang zu den mehreren Gewindebohrungen hat, wobei mindestens eines der Scheibenelemente eine Labyrinthdichtung ist; und daß mehrere Auswuchtschrauben unterschiedlicher Länge vorgesehen sind, wobei im Gebrauch eine der Schrauben auswechselbar in eine entsprechende Gewindebohrung in einem der beiden Scheibenelemente eingeschraubt wird, um die Abtriebswelle des Elektromotors austauschbar auszuwuchten.
Dies ermöglicht das Erreichen eines dynamisch ausgewuchteten Zustands eines Elektromotors durch Messen einer Unwucht, während der zusammengebaute Motor durch seine eigene Antriebsenergie auf einer kommerziellen Auswuchtmaschine zu einer Drehbewegung angetrieben wird, die als Feld-Auswuchtmaschine vertrieben wird. Die Unwucht wird dann dadurch eliminiert (ausgeglichen), daß die Auswuchtschraube von der Außenseite des Motors her in die mit einem Innengewinde versehene Gewindebohrung des die Labyrinthdichtung definierenden Konstruktionselementes oder wahlweise des die Drehzahl detektierenden Zahnrads bis zu einem geeigneten Punkt eingeschraubt wird. Da der Motor sowohl an seinem vorderen als auch an seinem hinteren Ende ausgewuchtet werden kann, um eine Zweipunkt-Auswuchtung zu erreichen, kann der Motor dynamisch exakt ausgewuchtet werden.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Elektromotor, welcher eine dynamische Auswuchtkonstruktion gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Konstruktionselementes, welches eine Labyrinthdichtung bildet, gesehen in Richtung des Pfeils A oder B in Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Elektromotors, welcher eine dynamische Auswuchtkonstruktion gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 4 eine Vorderansicht eines Zahnradelementes, welches zum Detektieren der Drehzahl des Motors verwendet wird, gesehen in Richtung des Pfeils C in Fig. 3 und
Fig. 5 einen Längsschnitt eines anderen Elektromotors, welcher eine dynamische Auswuchtkonstruktion ähnlich der in Fig. 1 dargestellten umfaßt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele derselben beschrieben werden, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
Gemäß Fig. 1 sind ein vorderes Lager 20F und ein hinteres Lager 20R in ein vorderes Gehäuse 16 bzw. ein hinteres Gehäuse 18 eingepaßt, die am vorderen bzw. hinteren Ende eines Stators 10 vorgesehen sind. Ein Rotor 12, der einstückig mit einer Abtriebswelle 14 kombiniert ist, die durch die Lager 20F und 20R drehbar gelagert wird, ist dem Stator 10 radial gegenüberliegend angeordnet. Die Komponenten 24G und 24S eines Rotationsdetektors (eines Drehgebers) zum Detektieren des Drehwinkels und/oder der Drehzahl der Abtriebswelle 14 sind in Verbindung mit dem hinteren Teil der Abtriebswelle 14 vorgesehen. Beim betrachteten Ausführungsbeispiel erstrecken sich das vordere und das hintere Ende der Abtriebswelle 14 bis auf die Außenseite des vorderen Gehäuses 16 bzw. des hinteren Gehäuses 18.
Wenn der Elektromotor mit seiner Abtriebswelle 14, deren vorderes und hinteres Ende jeweils nach außen über das vordere bzw. das hintere Gehäuse vorstehen, für den Einsatz in einer Werkzeugmaschine oder dgl. vorgesehen ist, dann ist der Motor im allgemeinen an seinem vorderen und seinem hinteren Ende mit einer Labyrinthdichtung versehen, d.h. im vorderen Ende des vorderen Gehäuses 16 bzw. im hinteren Ende des hinteren Gehäuses 18, um das Eindringen eines Ölnebels und dgl., welcher in der Umgebungsluft enthalten ist, durch Spalte zwischen der Abtriebswelle und dem vorderen Gehäuse 16 bzw. zwischen der Abtriebswelle und dem hinteren Gehäuse 18 in das Innere des Motors zu verhindern. Folglich werden scheibenförmige Elemente 22F und 22R, welche in Verbindung mit dem vorderen Gehäuse 16 bzw. dem hinteren Gehäuse 18 Labyrinthdichtungen bilden, an dem vorderen bzw. hinteren Ende der Abtriebswelle 14 befestigt.
Die ausgewuchtete Motorkonstruktion gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ausgewuchtet wird, indem das vordere scheibenförmige Element 22F und das hintere scheibenförmimge Element 22R nach Beendigung der Montage des Motors verwendet werden.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist das scheibenförmige Element 22F (22R) in einer äußeren Oberfläche desselben, die nach außen frei zugänglich ist, mit mehreren Öffnungen 22A mit Innengewinde versehen (beim betrachteten Ausführungsbeispiel 16 Öffnungen mit Innengewinde), die in denselben radialen Positionen und in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind. Der in Fig. 1 gezeigte Motor wird mit Hilfe seiner eigenen Antriebsenergie in einer handelsüblichen, dynamischen Feldauswuchtmaschine derart zu einer Drehbewegung angetrieben, daß die Drehzahl der Abtriebswelle allmählich auf eine maximale Drehzahl von beispielsweise 15.000 Upm erhöht wird, um eine Unwucht desselben (des Motors) zu messen. Anschließend wird eine Auswuchtschraube 26, die in die mit einem Innengewinde versehene Öffnung 22A einschraubbar ist, in die mit dem Innengewinde versehene Öffnung 22A bis zu einem geeigneten Punkt eingeschraubt, an dem die gemessene Unwucht dynamisch auf das geringste mögliche Ausmaß eingestellt wird. Da in diesem Stadium die mit Innengewinde versehenen Öffnungen 22A sowohl in dem vorderen als auch in dem hinteren scheibenförmigen Element 22F und 22R für das Auswuchten des Motors verwendet werden können, kann die Genauigkeit der Einstellung der Auswuchtung des Motors erhöht werden.
Die selektive Verwendung mehrerer Arten von Auswuchtschrauben 26, welche unterschiedliche Längen haben, verbessert die Auswuchtgenauigkeit weiter. Für ein noch exakteres Auswuchten können Teile der scheibenförmigen Elemente 22F und 22R bis auf die gewünschten Tiefen angebohrt werden, um auf diese Weise jegliche restliche Unwucht des Motors zu entfernen.
Die in Fig. 3 gezeigte Konstruktion des hinteren Teils des Elektromotors, welche eine Auswuchtkonstruktion gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt, ist von der Konstruktion des hinteren Teils des in Fig. 1 gezeigten Motors verschieden. Im einzelnen endet das hintere Ende der Abtriebswelle 14 an den Elementen 24G und 24S eines Drehzahldetektors, und hinter der Abtriebswelle 14 ist ein Lüfterrad 30 angeordnet. Wenn der Motor gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Feld-Auswuchtmaschine dynamisch ausgewuchtet werden soll, werden der Lüfter 30 und die hintere Abdeckung 18a des hinteren Gehäuses 18 vorübergehend entfernt. Ein vorderes scheibenförmiges Element 22F, welches am vorderen Ende des Motors vorgesehen ist, und das hintere Zahnradelement 24G des Drehzahldetektors am hinteren Ende sind in gleichmäßigen Winkelabständen, wie in Fig. 2 gezeigt, mit mit Innengewinden versehenen Öffnungen 22A versehen, und Auswuchtschrauben 26 werden in die mit Innengewinde versehenen Öffnungen 22A an den geeigneten Punkten eingeschraubt, um auf diese Weise die von der Auswuchtmaschine gemessene Unwucht aufzuheben. Fig. 4 zeigt das Zahnradelement 24G, gesehen in Richtung des Pfeils C.
Fig. 5 zeigt einen Elektromotor, der mit einer hohlen Abtriebswelle 14' anstelle der Abtriebswelle 14 des Motors gemäß Fig. 1 versehen ist. Die hohle Abtriebswelle 14' hat ein vorderes Ende, welches mit einem Kupplungselement 34 versehen ist und ein hinteres Ende, welches mit einem Drehverbinder 32 verbunden ist. Die vorliegende Erfindung ist auch für das Auswuchten eines Motors geeignet, der in der in Fig. 5 gezeigten Weise verwendet werden soll.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, kann die Unwucht eines Motors gemäß der Erfindung nach dem vollständigen Zusammenbau des Motors praktisch vollständig ausgeglichen werden, indem man einfach Auswuchtschrauben verwendet. Da die scheibenförmigen Elemente für die Labyrinthdichtungen und das Zahnradelement des Drehzahldetektors zum Aufnehmen der Auswuchtschrauben integrale Bestandteile des Elektromotors sind, werden die Herstellungskosten für den Motor durch die Verwendung der scheibenförmigen Elemente für die Labyrinthdichtungen oder des Zahnrads als Einrichtungen zum Erreichen eines dynamischen Auswuchtens des Motors nicht merklich erhöht.
Da der Motor ferner nach Beendigung seines Zusammenbaus ausgewuchtet wird, ist der erzielte ausgewuchtete Zustand des Motors sehr exakt.

Claims

1. Vorrichtung, welche einen Elektromotor umfaßt, der eine rotierende Abtriebswelle (14) besitzt, die mit einander in axialer Richtung gegenüberliegenden externen Enden versehen ist, und der eine Auswuchtkonstruktion aufweist, die an jedem Ende der Abtriebswelle ein fest montiertes Scheibenelement (22F, 22R, 24G) umfaßt, wobei jedes der Scheibenelemente in axialer Richtung eine innere und eine äußere Oberfläche aufweist und wobei diese Oberflächen senkrecht zur Drehachse der Abtriebswelle ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung äußeren Oberflächen jedes der Scheibenelemente mit darin definierten Gewindebohrungen (22A) versehen sind, wobei die mehreren Gewindebohrungen nach außen offen sind, derart, daß ein Bedienungsmann Zugang zu den mehreren Gewindebohrungen hat, wobei mindestens eines der Scheibenelemente (22F, 22R) eine Labyrinthdichtung ist; und daß mehrere Auswuchtschrauben (26) unterschiedlicher Länge vorgesehen sind, wobei im Gebrauch eine der Schrauben auswechselbar in eine entsprechende Gewindebohrung (22A) in einem der beiden Scheibenelemente (22F, 22R, 24G) eingeschraubt wird, um die Abtriebswelle des Elektromotors austauschbar auszuwuchten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eines der Scheibenelemente ein zu einem Drehgeber gehöriges Zahnrad (24G) ist, welches an seinem äußeren Umfang angeformte Zähne aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Gewindebohrungen (22A) mindestens einer Scheibe (22F, 22R, 22G) in gleichen radialen Abständen von der Drehachse der Abtriebswelle und in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.