WO2021121474A1 - Verfahren zum aktiven auswuchten eines rotors sowie vorrichtung mit einem rotor und einem dem rotor zugeordneten mechanismus zum aktiven auswuchten - Google Patents

Verfahren zum aktiven auswuchten eines rotors sowie vorrichtung mit einem rotor und einem dem rotor zugeordneten mechanismus zum aktiven auswuchten Download PDF

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WO2021121474A1
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Valentin SCHREINER
Christian Hegger
Jürgen MAAS
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Technische Universität Berlin
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Definitions

  • the invention relates to a method for actively balancing a rotor and a device with a rotor and a mechanism associated with the rotor for actively balancing the rotor.
  • balancing generally refers to reducing or eliminating an imbalance in bodies rotating around an axis of rotation (rotor).
  • An imbalance in such a rotor leads to vibrations, noise and increased wear, at high speeds up to destruction. Such adverse effects are to be reduced or completely eliminated by means of balancing.
  • Balancing can be done actively or passively.
  • Passive systems have moveable masses that tend to stabilize the inertia axis as the rotor rotates.
  • Such passive systems regularly only work reliably in limited speed ranges and can also lead to even more pronounced vibrations in acceleration phases.
  • the startup behavior proves to be disadvantageous in such systems.
  • Systems for active balancing are based on additional masses on the rotor, which can be moved or displaced on the rotor via external force fields, for example by means of a magnetic field.
  • An active system is for example in Li-Fang et al. (A study on electromagnetic driven bi-disc compensator for rotor autobalancing and its move ment control, WSEAS Transactions on Systems and Control Vol. 5, 2010).
  • solids were moved on a rotor by means of a stationary electromagnet in order to carry out a balancing process.
  • a method for reducing an imbalance on a device that can be rotated about an axis of rotation having a liquid-fillable annular channel centered on the axis of rotation and a mass being determined with an amount of liquid compensating for the imbalance.
  • the liquid is introduced into the ring channel in such a way that an amount of liquid that is dependent on the determined mass is present in the ring channel for the subsequent operation of the device.
  • the fluid is an electro-rheological fluid.
  • the viscosity of the filled electro-rheological fluid is increased by means of the action of an electric field.
  • An unbalance compensator has a balance equal ring that is wirelessly controlled by a ring regulator.
  • the balance ring has a housing that contains a plurality of actuators configured to apply a force against a balance ring within the housing.
  • the actuators move the compensating ring with respect to the axis of rotation of the shaft in a direction which is essentially opposite to the direction of the imbalance.
  • the actuators touch the compensation ring directly or exert the force using mechanical transmission devices.
  • a chamber containing a magnetic fluid can be used to provide a balance mass. Particles in the magnetic fluid can concentrate against the unbalance direction through the use of electromagnets or permanent magnets, which are mounted on moving carriages.
  • the liquid can be pumped between several chambers by one or more micropumps.
  • a type of magnetic flow-liquid gimbal which has an annular hollow housing and is wound on the outside with a field coil.
  • the interior of the housing is equipped with magnetic fluid.
  • a magnetic field is generated in the rotor starting phase by a field coil, with electrical current being applied.
  • the magnetic flux liquid becomes solid or semi-solid, causing the magnetic flux liquid to rotate rapidly.
  • the electrical current applied to the field coil is removed.
  • the magnetically flowing liquid becomes liquid again.
  • a common liquid balance ring is formed under the drive of centrifugal force.
  • the magnetic flux fluid redistributes itself in the ring relative to the load.
  • a device for balancing rotating bodies with means of magnetic tensile forces in which the rotor or part of it consists of fer romagnetic material.
  • a method is provided for balancing rotationally symmetrical parts during rotation, the unbalance vibrations being compensated for by changing a magnetic field.
  • the magnetic field is generated on the rotating part of a ring made of a magnetic fluid concentric to the axis of rotation. By changing the magnetic field, the apparent density or the mass distribution of the magnetic fluid is controlled so that the unbalance vibrations are compensated.
  • an electromagnetic control method for the dynamic balancing of liquids with magnetic flux in which by means of make an electric current change the magnetic induction density generated by the electromagnet.
  • the magnetic flux liquid is in the steady state.
  • the mass distribution of the liquid changes. Dynamic balancing is realized online by changing the mass distribution of the magnetic fluid as compensation.
  • the object of the invention is to provide a method for actively balancing a rotor and a device with a rotor and a mechanism assigned to the rotor for actively balancing the rotor, with which an active balancing of the rotor is enabled efficiently and with reduced effort in rotating operation.
  • a method for actively balancing a rotor comprises: providing a device with a rotor rotatable about an axis of rotation and a mechanism for active balancing associated with the rotor, in which a magnetic chamber is formed in a fluid chamber formed on the rotor Fluid is received with which the fluid chamber is partially filled and which contains at least one of the following fluids: ferrofluid and magnetorheological fluid; Holding the magnetic fluid in a starting position in the fluid chamber by means of a permanent magnetic field of a permanent magnet arranged on the rotor; Rotating the rotor around the axis of rotation and passing the fluid chamber and the permanent magnet on an electrical excitation system with a stationary electromagnet when rotating the rotor, with the permanent magnetic field of the permanent magnet and an electromagnetic field of the electromagnet superimposed in the activated state for active balancing so that the magnetic fluid in the fluid chamber carries out a mass displacement starting from the starting position.
  • a device with a rotor and a mechanism associated with the rotor for actively balancing the rotor which further Comprises: an axis of rotation about which the rotor is rotatable; a fluid chamber disposed on the rotor; a magnetic fluid which partially fills the fluid chamber and contains at least one of the following fluids: ferrofluid and magnetorheological fluid; a permanent magnet which is arranged on the rotor and is set up to hold the magnetic liquid in a starting position in the fluid chamber by means of a permanent magnetic field; and an electrical excitation system with an electromagnet fixed to the rotor, such that when the rotor rotates, if the fluid chamber and the permanent magnet can be passed by the electromagnet, the permanent magnetic field of the permanent magnet and an electromagnetic field of the electromagnet are activated for active balancing Superimpose state so that the magnetic fluid in the fluid chamber can perform a mass displacement starting from the starting position.
  • the permanent magnetic field of the permanent magnet then interacts when the rotor rotates with the electromagnet in the activated state and the electromagnetic field formed in this way, whereby the permanent magnetic field is at least partially compensated, whereupon the magnetic fluid in the fluid chamber can move from the starting position from a mass displacement, so that a changed mass distribution is actively brought about for balancing on the rotor.
  • the magnetic fluid flows, in particular in the radial direction with respect to the rotating rotor.
  • a permanent is made of a permanent magnetic material.
  • An electromagnetic field is associated with a current-carrying conductor.
  • the permanent magnet can be arranged in a stationary manner on the rotor.
  • the permanent magnet can be arranged in the area of a radially inner side of the fluid chamber, in particular adjacent thereto or forming a chamber wall, in such a way that a wall section of the fluid chamber is formed by the permanent magnet.
  • a magnetic flux caused by the permanent magnet can be guided to the area of a radially inner inside of the fluid chamber by means of a flux-guiding material, for example a ferromagnetic material such as free-cutting steel.
  • a flux-guiding material for example a ferromagnetic material such as free-cutting steel.
  • the river guiding Material can have one or more of the following embodiments. It can form part of the chamber wall, be separated from the actual fluid chamber by means of a para- or diamagnetic material, or be separated from the chamber wall of the fluid chamber by an air gap.
  • the electromagnet When the rotor rotates, the electromagnet is activated with a current flow to form the electromagnetic field, which is superimposed on the permanent magnetic field during operation and thus at least partially compensates for it.
  • the electric magnet can partially or completely compensate for the permanent magnetic field. It can also be provided that the electromagnet overcompensates the permanent magnetic field acting on the magnetic liquid, so that an overcompensating part of the electromagnetic field acts on the magnetic liquid as the resulting magnetic field of the superposition between the permanent magnetic field and the electromagnetic field.
  • the electrical excitation system is formed as a stationary electrical excitation system with one or more fixedly arranged electromagnets. When rotating, the rotor moves relative to the electromagnet or electromagnets.
  • the starting position of the magnetic fluid in the fluid chamber can in particular be given when the rotor is not being rotated.
  • the starting position can remain at least temporarily when the rotor rotates, especially at low speeds.
  • a starting position can develop under the sole effect of the permanent magnetic field, before the electrical excitation system then develops its compensating effect.
  • the one or more stationary electromagnets of the electrical excitation system can be arranged opposite the rotor in one embodiment.
  • the magnetic fluid is formed with at least one of the two fluids ferrofluid and magnetorheological fluid and therefore has ferromagnetic properties.
  • the magnetic fluid can be displaced in at least one of the following directions, in particular flowing: radial direction and tangential direction.
  • the magnetic fluid in the context of this occurring mass displacement are displaced or displaced in one or both of these directions, resulting in a resulting flow movement of the magnetic liquid within the fluid chamber, for example in the radial direction, if the fluid chamber so dictates for the magnetic liquid.
  • the magnetic fluid can move the mass due to a radial acceleration, which acts on the magnetic fluid when the rotor rotates.
  • the centrifugal force acts on the magnetic fluid.
  • the magnetic fluid When the rotor rotates, the magnetic fluid can move the mass due to a resulting magnetic field, which results due to the superposition of the permanent magnetic field and the electromagnetic field.
  • the mass displacement of the magnetic fluid is at least partially magnetically induced by the magnetic field resulting from the superposition of the permanent magnetic field and the electromagnetic field, which acts on the magnetic fluid.
  • a strength of the electromagnetic field can be set so that the permanent magnetic field is completely or partially compensated or even reinforced.
  • At least one of the following mass balances can be carried out when the rotor is rotating: positive mass balancing and negative mass balancing.
  • a positive mass balance within the meaning of the present application is given when magnetic fluid is transferred to a segment of the Ro tor.
  • With negative mass balancing magnetic fluid is taken from one of the segments of the rotor (segmented areas).
  • the magnetic liquid can be absorbed or released by means of a spatially fixed excitation system.
  • the stationary excitation system can have at least one of the following elements: electromagnet, permanent magnet and ferromagnetic material.
  • the fluid chamber can be partially filled by a magnetic fluid, which consists of the magnetorheological fluid.
  • the magnetic fluid consists solely of the magnetorheological fluid and is free from a portion of the ferrofluid.
  • the magnetic liquid can flow back in the fluid chamber when a speed of rotation of the rotor is decreased.
  • speed of the rotor is reduced, there is an opposite mass displacement as part of the active balancing process.
  • backflow can also begin or continue when the rotor comes to a standstill.
  • the magnetic fluid can be held in the starting position by means of the permanent magnetic field on a radially inner inner side of the fluid chamber and when the rotor rotates for active balancing it can be partially shifted from the inner side to a radially outer outer side of the fluid chamber.
  • the magnetic fluid can be partially or essentially completely displaced from the inside to the radially outside outside, that is to say flow there.
  • the different stable system states are characterized by a respective mass distribution of the magnetic liquid in the fluid chamber, which in this respect corresponds to different states of balancing for the rotor.
  • the various stable system states can be assumed for the rotor at different speeds or different speed ranges. It can be provided that the electromagnet or electromagnets are only activated when a transition between different stable system states is to be carried out. If the rotor remains in the respective stable system state, the electromagnets can remain inactive, which is why no energy supply is necessary for activating the electromagnet (s) during this time.
  • a plurality of segmented areas can be formed on the rotor, each of which is formed with an associated permanent magnet and an associated fluid chamber with magnetic fluid.
  • the permissions assigned to the several segmented areas nentmagnete can be provided by means of a single permanent magnet or by means of several separate permanent magnets.
  • the permanent magnet can be formed on the rotor with at least one of the following permanent magnets: Ring magnet and arrangement with magnet segments.
  • the ring magnet can encompass the rotor continuously or intermittently, for example in such a way that an arrangement of separate magnet segments is provided all around.
  • a continuous ring magnet can be used in connection with a continuously formed fluid chamber for the magnetic liquid.
  • the electrical excitation system can be formed with several electromagnets, which are each arranged in a stationary manner with respect to the rotor and which the fluid chamber is moved past when the rotor rotates, in such a way that the permanent magnetic field and the respective electromagnetic field of the electromagnet are activated for active balancing superimpose the last state.
  • the permanent magnetic field can be at least partially compensated several times when the rotor is rotating.
  • the plurality of electromagnets can be arranged equidistantly or non-equidistantly from one another around the rotor.
  • two, three, four or even more electromagnets can each be arranged in a stationary manner, so that the fluid chamber with the magnetic liquid and the permanent magnet to be assigned are each guided past this when the rotor rotates.
  • the multiple electromagnets can then be activated individually by applying current in order to control the balancing process in that the permanent magnetic field is superimposed by means of the one or more electromagnetic fields in accordance with an individual regulating mechanism.
  • several electromagnets can be activated one after the other or for a pulse time at the same time in order to control the balancing process.
  • one or more additional permanent magnet (s) and / or flux-guiding material can be attached through which a further permanent magnetic field is generated and / or guided.
  • a permanent effect can be achieved. of the permanent magnetic field act in the radially outer area and thus reduce or even completely prevent sedimentation in a shifted MRF (Hegger et al.: Smart Sealing for MR-Fluid Actuators; Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Volume 30 Issue 5, March 2019) .
  • MRF displaced into this area can also be held without the effect of the radial acceleration. In this way, a balanced state can be maintained even at low speed and when the machine is stationary.
  • the polarization direction of the permanent magnet (s) can be the same or opposite to the internal permanent magnetic field.
  • one of the two permanent magnetic fields can be compensated for with the help of the polarization of the current applied to the electromagnet, and the radial back and forth movement can thus be controlled in a targeted manner.
  • various permanent magnetic fields can be compensated at the same time, which results in the greatest possible field displacement from the fluid chamber. This greatest possible field displacement results in the greatest possible effect of the inertia forces (gravitation and radial acceleration) for mass displacement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device with a rotor and a mechanism for active balancing by means of radial displacement of a magnetic liquid
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further device with a rotor and a mechanism for active balancing by means of tangential displacement of a magnetic fluid
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another device with a rotor and a mechanism for active balancing by means of positive or negative mass compensation
  • 4 shows a schematic perspective illustration of a rotor in which a fluid chamber with a magnetic liquid is arranged in rotor elements, this being held in an initial position on the inside;
  • FIG. 5 shows a schematic perspective illustration of the rotor from FIG. 4, the magnetic fluid being partially displaced outward in the radial direction;
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of the rotor from FIG. 4, the magnetic liquid in the fluid chamber being completely displaced to a radially outer side of the fluid chamber;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a rotor element of the rotor from FIG. 4 in section at different times of a rotational movement of the rotor;
  • FIG. 8 shows a graphic representation of the current flow of an electromagnet as a function of time and an imbalance U M RF resulting from a displacement of the magnetic fluid, which imbalance can be used to compensate for an imbalance present in the initial state of the system;
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a device with a rotor and an associated stationary electromagnet
  • FIG. 11 shows a schematic representation of the results of the course of an automated active balancing
  • Fig. 12 is a schematic representation of a device with a rotor and a mechanism for active balancing by means of radial displacement of a magnetic liquid using several oppositely polarized permanent magnets.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device with a rotor 1 and a mechanism for balancing 2 assigned to the rotor 1.
  • the rotor 1 is rotatable about an axis of rotation 3.
  • Three segmented areas 4 are arranged circumferentially on the rotor 1, each of which has a permanent magnet 5 and an associated fluid chamber 6 with a magnetic liquid 7 which partially fills the fluid chamber 6. In other embodiments, more than three segmented areas 4 can be provided.
  • electromagnets 8 are arranged, which can be subjected to an electric current to form an electromagnetic field, be it pulsed at time intervals, in particular when one of the fluid chambers 6 is passed by the electromagnet, or permanently while the Rotor 1.
  • a superimposition of a permanent current with time-limited pulses can be provided be.
  • the fluid chamber 6 of the segmented areas 4 is designed as a closed chamber for receiving the magnetic liquid 7.
  • the magnetic liquid 7 is held on an inner side 9 lying on the inside in the radial direction. This is due to a permanent magnetic field provided by means of the permanent magnet 5, which acts on the magnetic liquid 7.
  • the magnetic fluid 7 can comprise at least one of the following fluids: ferrofluid and magnetorheological fluid. In one embodiment, the magnetic fluid 7 consists exclusively of the magnetorheological fluid.
  • the segmented areas 4 are each moved past the electromagnet 8.
  • the electromagnets 8 can then, for example, be subjected to an electrical current (current pulses) in accordance with a clocked mode of operation, so that they each provide an electromagnetic field. If an electric current is applied to one of the electromagnets 8, the permanent magnetic field of the associated permanent magnet 5 is superimposed on the electromagnetic field of the opposing electromagnet 8 for one or more of the segmented areas 4, so that for the magnetic fluid 7 in the fluid chamber 6 a resulting magnetic field is created. In this case, the electromagnetic field at least partially compensates for the permanent magnetic field, and overcompensation can also be provided. It can also be provided that the electromagnetic field does not compensate for the permanent magnetic field, but rather strengthens it.
  • the electromagnetic field of the electromagnet 8 in the segmented areas 4 causes a mass displacement of the magnetic fluid 7 to a radially outer side 13 of the fluid chamber 6.
  • the magnetic fluid 7 flows in part towards the outside 13 so as to actively balance.
  • a part 14 of the magnetic fluid 7 remains on the inside, while another part 15 of the magnetic fluid 7 flows radially outward.
  • the displacement of mass which can be induced for one or more of the segmented areas 4 by means of the electromagnet, causes a change in the mass distribution for the rotor 1 when it is rotated.
  • the mass distribution on the rotor 1 can be controlled as a function of operation.
  • the electromagnets 8 are each traversed by a (pulsed) current i.
  • the electromagnets 8 are fixed to the rotor 1 and thus form a stationary electrical excitation system.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further device with the rotor 1 and the mechanism for active balancing 2.
  • a continuous fluid chamber 6 with the magnetic liquid 7 is formed around the rotor 1, to which a permanent magnet 5 is assigned is. Due to the action of the electromagnet 8, the rotation of the rotor causes the magnetic fluid 7 to move locally in the tangential direction, which ultimately leads to a mass displacement 12 of the magnetic fluid 7 in the radial direction.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another device with the rotor 1 and the mechanism for active balancing 2.
  • a positive mass balancing positive mass displacement
  • FIG. 10 is shown schematically.
  • negative mass compensation negative mass displacement
  • the magnetic fluid 7 is displaced towards the permanent magnet 5 due to the radial acceleration and / or the resulting magnetic field.
  • FIGS. 4 to 6 show schematic perspective representations of a rotor 20 with three rotor elements 21, on each of which the fluid chamber 6 with the magnetic liquid 7 and the associated permanent magnet 5 is arranged.
  • Fig. 4 shows the starting position for the magnetic liquid 7, which is angeord net on the inside 9 of the fluid chamber 6 and is held there by means of the permanent magnet 5.
  • the magnetic liquid 7 moves as shown in FIGS. 5 and 6 in the direction of the outside 13 of the fluid chamber 6, which with the help of the or the associated electromagnet 8 (not shown in FIGS. 4 to 6) is controlled when the rotor elements 21 with the fluid chamber 6 are guided past the electromagnet and the electromagnet is activated.
  • FIGS 7 and 8 show this in further detail.
  • Fig. 8 shows a graphic representation of the pulsed current flow I E M for the Elekt romagneten when rotating the rotor 20 as a function of the time t. Furthermore, the load of the imbalance U M RF resulting from the displacement of the magnetic fluid 7 is shown, which can be used to compensate for an imbalance that is present in the initial state of the system.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the rotor 20 with the rotor elements 21.
  • the same reference numerals are used here as in FIGS. 4 to 7 for the same features.
  • the rotor elements 21 and thus the associated fluid chambers 6a, 6b, 6c extend along the axes a, b, c.
  • the corresponding ratio of the two fluid chambers 7, which limit the segment can be determined with the aid of equation (1.2) and equation (1.3) and are offset by 120 degrees, the following can be calculated:
  • the components u ⁇ and u 2 can be assigned to the fluid chambers 6a and 6b.
  • the assignment for the other segments is based on the same principle.
  • a fluid chamber By comparing the magnitudes of u u and u 2 , a fluid chamber can be identified which most efficiently corrects the imbalance.
  • This fluid chamber is activated accordingly by the electromagnet 8 or the magnetic field of the permanent magnet 5 is compensated (step 33).
  • the current / E M used for compensation is set by a separate controller (not shown), which can increase the current incrementally from a starting value until the desired correction is achieved.
  • step 34, ..., 37 Sufficient balancing is not possible, in the second case the imbalance has been successfully corrected.
  • the process ends in a conditionally stable state that can only be maintained through rotation and without the need for electrical energy.
  • 11 shows a schematic representation of the results of the course of an automated active balancing. The sequence used initially identifies fluid chamber 6b as the most efficient option and carries out a corresponding mass shift. This is indicated by an arrow 40. After a certain mass of the magnetic fluid 7 has been shifted, the position of the resulting imbalance is shifted so far (phase position about 190 °) that it can now be corrected more efficiently with the fluid chamber 6a (arrow 41).
  • the magnetic liquid 7 (also abbreviated as MRF in Fig. 11) to move simultaneously in two of the fluid chambers 6a, 6b, 6c.
  • the information required for this can be read from equations (1.2) and (1.3). This enables the balanced state to be approached directly. This sequence is shown in FIG. 11 as arrow 43.
  • Fig. 12 shows a schematic representation of a further device with the rotor 1 and a mechanism for active balancing 2 according to the principle of radial displacement of the magnetic fluid 7.
  • an additional permanent magnet 40 in the area of the radially outer side 13 of the fluid chamber 6 provided. Several additional permanent magnets 40 can be seen easily.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors (1), aufweisend: Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor (1) und einem dem Rotor (1) zugeordneten Mechanismus (2) zum aktiven Auswuchten, bei dem in einer an dem Rotor (1) gebildeten Fluidkammer (6) eine magnetische Flüssigkeit (7) aufgenommen ist, mit der die Fluidkammer (6) teilweise ausgefüllt wird und die zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten enthält: Ferroflüssigkeit und magnetorheologische Flüssigkeit; Festhalten der magnetischen Flüssigkeit (7) mittels eines Permanentmagnetfelds eines an dem Rotor (1) angeordneten Permanentmagneten (5) in einer Ausgangsstellung in der Fluidkammer (6); Drehen des Rotors (1) um die Drehachse (3) und Vorbeiführen der Fluidkammer (6) und des Permanentmagneten (5) an einem elektrischen Erregersystem mit einem ortsfest angeordneten Elektromagneten (8) beim Drehen des Rotors (1), wobei sich hierbei zum aktiven Auswuchten das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten (5) und ein Elektromagnetfeld des Elektromagneten (8) im aktivierten Zustand überlagern, so dass die magnetische Flüssigkeit (7) in der Fluidkammer (6) von der Ausgangsstellung ausgehend eine Masseverlagerung ausführt. Des Weiteren ist eine Vorrichtung mit einem Rotor (1) und einem dem Rotor (1) zugeordneten Mechanismus (2) zum aktiven Auswuchten des Rotors (1) geschaffen.

Description

Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors sowie Vorrichtung mit einem Rotor und einem dem Rotor zugeordneten Mechanismus zum aktiven Auswuchten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors sowie eine Vor richtung mit einem Rotor und einem dem Rotor zugeordneten Mechanismus zum aktiven Auswuchten des Rotors.
Hintergrund
Der Begriff Auswuchten bezeichnet allgemein das Verringern oder Beseitigen einer Unwucht bei um eine Drehachse rotierenden Körpern (Rotor). Eine Unwucht eines solchen Rotors führt zu Vibrationen, Geräuschen und erhöhtem Verschleiß, bei hohen Drehzahlen bis hin zur Zerstörung. Mittels Auswuchten sollen solche nachteiligen Wirkungen gemindert oder ganz beseitigt werden.
Das Auswuchten kann aktiv oder passiv erfolgen. Passive Systeme verfügen über bewegli che Massen, die während des Drehens des Rotors das Bestreben haben, die Trägheitsach se zu stabilisieren. Solche passiven Systeme arbeiten regelmäßig nur in begrenzten Dreh zahlbereichen zuverlässig und können darüber hinaus in Beschleunigungsphasen zu noch ausgeprägteren Schwingungen führen. Insbesondere das Hochlaufverhalten erweist sich bei solchen Systemen als nachteilig.
Systeme zum aktiven Auswuchten basieren auf zusätzlichen Massen auf dem Rotor, die über externe Kraftfelder, beispielsweise mittels eines Magnetfelds, auf dem Rotor bewegt oder verlagert werden können. Ein aktives System ist beispielsweise in Li-Fang et al. (A study on electromagnetic driven bi-disc compensator for rotor autobalancing and its move ment control, WSEAS Transactions on Systems and Control Vol. 5, 2010) offenbart. Hierbei wurden Festkörper auf einem Rotor mittels eines stationären Elektromagneten verschoben, um einen Auswuchtvorgang durchzuführen.
Bei Vorrichtungen und System zum Auswuchten bei Rotoren können weiterhin Online- und Offline-Verfahren unterschieden werden. Die Offline-Verfahren basieren auf einer Vermes sung des Systems verbunden mit der Berechnung für Positionen an denen Material (Masse) hinzugefügt oder abgetragen werden soll. Mittels iterativem Vorgehen lassen sich mit sol chen Verfahren hohe Laufgenauigkeiten erzielen (vgl. Drechsler, Proceedings of Conference on Vibrations in Rotating Machinery, Cambridge, 65-69, 1980; Parkinson, Journal of Mecha- nical Engineering Science, Vol. 7, Seiten 33-39, 1965). Eine Herausforderung stellen Systeme dar, bei denen zum Auswuchten in der Betriebsphase Änderungen in der Masseverteilung auftreten, beispielsweise in Werkzeugmaschinen, An triebssystemen, Waschmaschinen, Magnetresonanztomographie oder Zentrifugen. Für das Auswuchten zeitlich variabler Unwuchten werden Online-Verfahren eingesetzt, bei denen es sich um passive oder aktive Verfahren handeln kann.
Es wurde vorgeschlagen, magnetische Flüssigkeiten zum Auswuchten einzusetzen. Hierbei wird ein zylinderförmiger Hohlraum im inneren des Rotors teilweise mit magnetischer Flüs sigkeit befüllt. Während der Rotation des Rotors wird die Verteilung der Flüssigkeit mittels eines magnetischen Felds beeinflusst, um so die Masseverteilung am Rotor zu verändern. In Nakamoto et al. (vgl. Manufacturing Systems and Technologies for the New Frontier: The 41st CIRP Conference on Manufacturing Systems May 26-28, 2008, Tokyio, Japan) erfolgt die Beeinflussung mittels 16 um den Rotor angebrachter Elektromagnete. Diese erzeugen ein mit dem Rotor mitdrehendes magnetisches Feld. Bei einem anderen bekannten System erfolgt die Beeinflussung der Flüssigkeit mittels drei Elektromagneten, die in den Rotor ein gebracht sind Zhang et al. (vgl. Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 141, 2019). Nachtei lig ist bei diesem Stand der Technik, dass die Systeme zum Auswuchten dauerhaft elektri sche Energie benötigen, um die veränderte Massenverteilung beizubehalten, die zum Aus wuchten eingestellt wurde. Ebenso muss die Lage und die Größe der Unwucht dauerhaft überwacht werden, um Ungenauigkeiten bei der Steuerung des magnetischen Felds zu kor rigieren. Auch ist der Aufbau der bekannten Systeme aufwendig, weshalb diese einen gro ßen Bauraum um den Rotor einnehmen.
Aus dem Dokument DE 10 320974 B4 ist ein Verfahren zur Verminderung einer Unwucht an einer um eine Rotationsachse rotierbaren Vorrichtung bekannt, wobei die Vorrichtung einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse zentrierten Ringkanal aufweist und eine Mas se mit einer die Unwucht ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird. In den Ringkanal wird die Flüssigkeit so eingebracht, dass für den nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung eine von der ermittelten Masse abhängige Menge an Flüssigkeit im Ringkanal vorhanden ist. Die Flüssigkeit ist eine elektro-rheologische Flüssigkeit. Für den nachfolgenden Betrieb der Vor richtung wird die Viskosität der eingefüllten elektro-rheologischen Flüssigkeit mittels Einwir ken eines elektrischen Feldes erhöht.
Im Dokument US 2001 / 00350 68 A1 ist ein Verfahren zum Ausgleich von Lastungleichge wichten rotierender Elemente offenbart. Ein Unwuchtkompensator verfügt über einen Aus- gleichsring, der von einem Ringregler drahtlos gesteuert wird. Der Ausgleichsring weist ein Gehäuse auf, das eine Vielzahl von Stellgliedern enthält, die so konfiguriert sind, dass sie eine Kraft gegen einen Ausgleichsring innerhalb des Gehäuses ausüben. Die Aktuatoren bewegen den Ausgleichsring in Bezug auf die Drehachse der Welle in eine Richtung, die der Richtung der Unwucht im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Die Aktuatoren berühren den Ausgleichsring direkt oder üben die Kraft mittels Verwendung mechanischer Übertragungs vorrichtungen aus. Alternativ kann eine Kammer, die eine magnetische Flüssigkeit enthält, verwendet werden, um eine Ausgleichsmasse bereitzustellen. Partikel in der magnetischen Flüssigkeit können sich durch die Verwendung von Elektromagneten oder Permanentmagne ten, die auf beweglichen Wagen montiert sind, entgegen der Unwuchtrichtung konzentrieren. Die Flüssigkeit kann zwischen mehreren Kammern durch eine oder mehrere Mikropumpen gepumpt werden.
Im Dokument CN 202531720 U ist eine Art Magnetströmungs-Flüssigkeits-Kardanring vor geschlagen, der ein ringförmiges Hohlgehäuse auf weist und außen mit einer Feldspule ge wickelt ist. Das Gehäuseinnere ist mit Magnetströmungsflüssigkeit ausgestattet. Es wird ein Magnetfeld in der Rotorstartphase durch eine Feldspule erzeugt, wobei elektrischer Strom angelegt wird. Unter dem Effekt im Magnetfeld wird die Magnetflussflüssigkeit fest oder halb fest, wodurch sich die Magnetflussflüssigkeit schnell dreht. Nach dem Start des Rotors wird der an der Feldspule anliegende elektrische Strom entfernt. Die magnetisch fließende Flüs sigkeit wird wieder flüssig. In diesem Moment ist ein üblicher Flüssigkeitsausgleichsring unter dem Antrieb der Zentrifugalkraft gebildet. Die Magnetflussflüssigkeit verteilt sich relativ zur Last im Ring neu.
Im Dokument DE 32 48 085 C2 ist eine Einrichtung zum Auswuchten rotierender Körper mit tels magnetischer Zugkräfte beschrieben, bei der der Rotor oder ein Teil desselben aus fer romagnetischem Material besteht. Vorgesehen ist ein Verfahren zum Auswuchten von rotati onssymmetrischen Teilen während Rotation, wobei die Unwucht-Schwingungen durch Ver änderung eines Magnetfeldes kompensiert werden. Das Magnetfeld wird auf dem rotieren den Teil einen zur Rotationsachse konzentrischen Ring aus einem magnetischen Fluid er zeugt. Durch Veränderung des Magnetfelds wird die scheinbare Dichte oder die Massever teilung des magnetischen Fluids so gesteuert, dass die Unwucht-Schwingungen kompensiert werden.
Im Dokument CN 105004482 A ist ein elektromagnetisches Steuerverfahren für den dynami schen Ausgleich von Flüssigkeiten mit magnetischem Fluss offenbart, bei dem mittels Ein- stellen eines elektrischen Stroms die magnetische Induktionsdichte geändert wird, die der Elektromagnet erzeugt. Wenn kein extern angelegter Magnetfeldeffekt vorliegt, befindet sich die Magnetflussflüssigkeit im stationären Zustand. Nach der Erzeugung eines steuerbaren Magnetfelds, der Verformung und Verschiebung der Flüssigkeit mit magnetischem Fluss ändert sich die Massenverteilung der Flüssigkeit. Mittels Änderung der Masseverteilung der magnetischen Flüssigkeit als Ausgleich ist ein dynamisches Auswuchten online realisiert.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors sowie eine Vorrichtung mit einem Rotor und einem dem Rotor zugeordneten Mechanismus zum aktiven Auswuchten des Rotors anzugeben, mit denen in drehendem Betrieb effizient und mit vermindertem Aufwand ein aktives Auswuchten des Rotors ermöglicht ist.
Zur Lösung sind ein Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors nach dem unabhängi gen Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit einem Rotor und einem dem Rotor zugeordneten Mechanismus zum aktiven Auswuchten des Rotors nach dem unabhängigen Anspruch 13 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors geschaffen, wel ches Folgendes aufweist: Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor und einem dem Rotor zugeordneten Mechanismus zum aktiven Auswuch ten, bei dem in einer an dem Rotor gebildeten Fluidkammer eine magnetische Flüssigkeit aufgenommen ist, mit der die Fluidkammer teilweise ausgefüllt wird und die zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten enthält: Ferroflüssigkeit und magnetorheologische Flüssigkeit; Festhalten der magnetischen Flüssigkeit mittels eines Permanentmagnetfelds eines an dem Rotor angeordneten Permanentmagneten in einer Ausgangsstellung in der Fluidkammer; Drehen des Rotors um die Drehachse und Vorbeiführen der Fluidkammer und des Perma nentmagneten an einem elektrischen Erregersystem mit einem ortsfest angeordneten Elekt romagneten beim Drehen des Rotors, wobei sich hierbei zum aktiven Auswuchten das Per manentmagnetfeld des Permanentmagneten und ein Elektromagnetfeld des Elektromagne ten im aktivierten Zustand überlagern, so dass die magnetische Flüssigkeit in der Fluidkam mer von der Ausgangsstellung ausgehend eine Masseverlagerung ausführt.
Nach einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung mit einem Rotor und einem dem Rotor zu geordneten Mechanismus zum aktiven Auswuchten des Rotors geschaffen, welche weiterhin Folgendes aufweist: eine Drehachse, um welche der Rotor drehbar ist; eine Fluidkammer, die an dem Rotor angeordnet ist; eine magnetische Flüssigkeit, welche die Fluidkammer teilweise ausfüllt und zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten enthält: Ferroflüssigkeit und magnetorheologische Flüssigkeit; einen Permanentmagneten, der an dem Rotor ange ordnet und eingerichtet ist, die magnetische Flüssigkeit mittels eines Permanentmagnetfelds in einer Ausgangsstellung in der Fluidkammer festzuhalten; und ein elektrisches Erregersys tem mit einem dem Rotor ortsfest angeordneten Elektromagneten, derart, dass sich beim Drehen des Rotors, wenn die Fluidkammer und der Permanentmagnet an dem Elektromag neten vorbeiführbar sind, zum aktiven Auswuchten das Permanentmagnetfeld des Perma nentmagneten und ein Elektromagnetfeld des Elektromagneten im aktivierten Zustand über lagern, so dass die magnetische Flüssigkeit in der Fluidkammer von der Ausgangsstellung ausgehend eine Masseverlagerung ausführen kann.
Mit Hilfe des vorgesehenen Permanentmagneten ist es auf einfache und energiesparende Art und Weise ermöglicht, die magnetische Flüssigkeit in der Ausgangsstellung festzuhalten. Im Betrieb wechselwirkt das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten dann beim Drehen des Rotors mit dem Elektromagneten im aktivierten Zustand und dem so ausgebilde ten Elektromagnetfeld, wodurch das Permanentmagnetfeld wenigstens teilweise kompensiert wird, worauf die magnetische Flüssigkeit in der Fluidkammer aus der Ausgangsstellung her aus eine Masseverlagerung ausführen kann, so dass zum Auswuchten an dem Rotor eine geänderte Masseverteilung aktiv bewirkt wird. Hierbei fließt zumindest ein Teil der magneti schen Flüssigkeit, insbesondere in radialer Richtung in Bezug auf den rotierenden Rotor.
Ein Permanent ist aus einem permanentmagnetischen Material. Ein Elektromagnetfeld ist mit einem stromdurchflossenen Leiter.
Der Permanentmagnet kann ortsfest auf dem Rotor angeordnet sein. In Bezug auf die Fluid kammer kann der Permanentmagnet im Bereich einer radial innenliegenden Innenseite der Fluidkammer angeordnet sein, insbesondere benachbart hierzu oder kammerwandbildend, derart, dass ein Wandabschnitt der Fluidkammer vom dem Permanentmagneten gebildet ist.
Ein durch den Permanentmagneten hervorgerufener magnetischer Fluss kann mittels eines flussführenden Materials, zum Beispiel ein ferromagnetisches Material wie Automatenstahl, zum Bereich einer radial innenliegenden Innenseite der Fluidkammer geführt werden. Auf diese Weise kann die magnetische Flüssigkeit in der Ausgangsstellung vollständig oder teil weise im Bereich der Innenseite der Fluidkammer festgehalten werden. Das flussführende Material kann eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen besitzen. Es kann einen Teil der Kammerwand bilden, mittels eines para- oder diamagnetischen Werkstoffs von der eigentlichen Fluidkammer separiert sein oder durch einen Luftspalt von der Kammerwand der Fluidkammer getrennt sein.
Beim Drehen des Rotors wird der Elektromagnet zum Aktivieren mit einem Stromfluss be aufschlagt, um so das Elektromagnetfeld auszubilden, welches sich im Betrieb mit dem Per manentmagnetfeld überlagert und so dieses zumindest teilweise kompensiert. Der Elektro magnet kann das Permanentmagnetfeld teilweise oder vollständig kompensieren. Auch kann vorgesehen sein, dass der Elektromagnet das auf die magnetische Flüssigkeit wirkende Permanentmagnetfeld überkompensiert, so dass als resultierendes Magnetfeld der Überla gerung zwischen Permanentmagnetfeld und Elektromagnetfeld ein überkompensierender Teil des Elektromagnetfelds auf die magnetische Flüssigkeit wirkt.
Das elektrische Erregersystem ist als ein stationäres elektrisches Erregersystem mit einem oder mehreren ortsfest angeordneten Elektromagneten gebildet. Beim Drehen bewegt sich der Rotor relativ zu dem oder den Elektromagneten.
Die Ausgangsstellung der magnetischen Flüssigkeit in der Fluidkammer kann insbesondere gegeben sein, wenn der Rotor nicht gedreht wird. Die Ausgangsstellung kann beim Drehen des Rotors zumindest zeitweise noch bestehen bleiben, insbesondere bei niedrigen Dreh zahlen. Alternativ kann sich eine Ausgangsstellung unter alleiniger Wirkung des Permanent magnetfelds ausbilden, bevor dann das elektrische Erregersystem seine kompensierende Wirkung entfaltet.
Beim Drehen des Rotors können der eine oder die mehreren ortsfesten Elektromagnete des elektrischen Erregersystems in einer Ausgestaltung dem Rotor gegenüberliegend angeord net sein.
Die magnetische Flüssigkeit wird mit mindestens einer der beiden Flüssigkeiten Ferroflüssig keit und magnetorheologische Flüssigkeit gebildet und weist daher ferromagnetische Eigen schaften auf.
Die magnetische Flüssigkeit kann bei der Masseverlagerung in wenigstens eine der folgen den Richtungen verschoben werden, insbesondere fließen: radiale Richtung und tangentiale Richtung. Beim Drehen des Rotors kann die magnetische Flüssigkeit im Rahmen der hierbei stattfindenden Masseverlagerung in eine oder beide dieser Richtungen verschoben oder verlagert werden, wobei sich eine resultierende Fließbewegung der magnetischen Flüssig keit innerhalb der Fluidkammer ergibt, beispielsweise in radialer Richtung, wenn dies die Fluidkammer für die magnetische Flüssigkeit so vorgibt.
Die magnetische Flüssigkeit kann die Masseverlagerung aufgrund einer Radialbeschleuni gung ausführen, welche beim Drehen des Rotors auf die magnetische Flüssigkeit einwirkt. Hierbei wirkt auf die magnetische Flüssigkeit die Zentrifugalkraft. Beim Drehen des Rotors kann es Kreisbogenabschnitte geben, in denen eine Wirkung des Elektromagnetfeldes ver nachlässigbar ist, weshalb eine dann in diesen Kreisbogenabschnitten wahlweise trotzdem stattfindende Masseverlagerung der magnetischen Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft (gegen das festhaltende Permanentmagnetfeld) erfolgen kann.
Die magnetische Flüssigkeit kann beim Drehen des Rotors die Masseverlagerung aufgrund eines resultierenden Magnetfelds ausführen, welches sich aufgrund der Überlagerung des Permanentmagnetfelds und des Elektromagnetfelds ergibt. Die Masseverlagerung der mag netischen Flüssigkeit ist hierbei zumindest teilweise magnetisch induziert durch das aus der Überlagerung des Permanentmagnetfelds und des Elektromagnetfelds resultierende Mag netfeld, welches auf die magnetische Flüssigkeit wirkt. Hierbei kann eine Stärke des Elekt romagnetfelds so eingestellt werden, dass das Permanentmagnetfeld ganz oder teilweise kompensiert oder sogar verstärkt wird.
Aufgrund der Masseverlagerung der magnetischen Flüssigkeit kann beim Drehen des Rotors wenigstens einer der folgenden Massenausgleiche ausgeführt werden: positiver Massen ausgleich und negativer Massenausgleich. Ein positiver Massenausgleich im Sinne der vor liegenden Anmeldung ist gegeben, wenn magnetische Flüssigkeit auf ein Segment des Ro tors übertragen wird. Beim negativen Massenausgleich wird magnetische Flüssigkeit aus einem der Segmente des Rotors (segmentierte Bereiche) entnommen. Die magnetische Flüssigkeit kann hierbei mittels eines räumlich feststehenden Erregersystems aufgenommen oder abgegeben werden. Das ortsfeste Erregersystem kann wenigstes eins der folgenden Elemente aufweisen: Elektromagnet, Permanentmagnet und ferromagnetisches Material.
Aufgrund der Masseverlagerung der magnetischen Flüssigkeit kann beim Drehen des Rotors wenigstens einer der folgenden Massenausgleiche ausgeführt werden: radiale Massever schiebung und tangentiale Masseverschiebung. Die Fluidkammer kann von einer magnetischen Flüssigkeit teilweise ausgefüllt werden, die aus der magnetorheologischen Flüssigkeit besteht. Bei dieser Ausführungsform besteht die magnetische Flüssigkeit allein aus der magnetorheologischen Flüssigkeit und ist frei von einem Anteil der Ferroflüssigkeit.
Die magnetische Flüssigkeit kann in der Fluidkammer zurückfließen, wenn eine Drehzahl der Drehung des Rotors verringert wird. Bei der Minderung der Drehzahl für den Rotor findet hier eine in gegengesetzte Masseverlagerung im Rahmen des aktiven Auswuchtens statt. Auch wenn der Rotor zum Stillstand kommt, kann ein solcher Rückfluss beginnen oder fortgesetzt werden.
Die magnetische Flüssigkeit kann mittels des Permanentmagnetfelds in der Ausgangsstel lung auf einer in radialer Richtung innenliegenden Innenseite der Fluidkammer festgehalten werden und beim Drehen des Rotors zum aktiven Auswuchten von der Innenseite teilweise hin zu einer in radialer Richtung außenliegenden Außenseite der Fluidkammer verlagert werden. Die magnetische Flüssigkeit kann teilweise oder im Wesentlichen vollständig von der Innenseite zur radial außenliegenden Außenseite verlagert werden, also dorthin fließen.
Beim Drehen des Rotors kann zwischen verschiedenen stabilen Systemzuständen gewech selt werden, die jeweils mittels des Permanentmagnetfelds des Permanentmagneten und / oder der auf die magnetische Flüssigkeit wirkenden Radialbeschleunigung aufrechterhalten werden, wobei die verschiedenen stabilen Systemzustände eine jeweils andere Verteilung der Masse der magnetischen Flüssigkeit in der Fluidkammer aufweisen. Die verschiedenen stabilen Systemzustände sind charakterisiert durch eine jeweilige Masseverteilung der mag netischen Flüssigkeit in der Fluidkammer, was insoweit unterschiedlichen Zuständen des Auswuchtens für den Rotor entspricht. Beispielsweise können die verschiedenen stabilen Systemzustände bei unterschiedlichen Drehzahlen oder unterschiedlichen Drehzahlberei chen für den Rotor eingenommen werden. Hierbei kann vorgesehen sein, den oder die Elekt romagneten nur dann zu aktiveren, wenn ein Übergang zwischen verschiedenen stabilen Systemzuständen ausgeführt werden soll. Verbleibt der Rotor in dem jeweiligen stabilen Sys temzustand, können die Elektromagnete inaktiv bleiben, weshalb während dieser Zeit auch keine Energiezufuhr für das Aktivieren des oder der Elektromagnete(n) notwendig ist.
An dem Rotor können mehrere segmentierte Bereiche gebildet werden, die jeweils mit einem zugeordneten Permanentmagneten und einer zugeordneten Fluidkammer mit magnetischer Flüssigkeit gebildet sind. Die den mehreren segmentierten Bereiche zugeordneten Perma- nentmagnete können mittels eines einzigen Permanentmagneten oder mittels mehrerer ge trennter Permanentmagnete bereitgestellt sein. Alternativ zur Ausführungsform mit mehreren segmentierten Bereichen kann vorgesehen sein, an dem Rotor eine umlaufend durchgehen de Fluidkammer zur Aufnahme der magnetischen Flüssigkeit vorzusehen, welcher ein oder mehrere Permanentmagnet zugeordnet sind. Im Fall von mehreren Permanentmagneten können diese am Innenbereich und / oder am Außenbereich der Fluidkammer angeordnet sein.
Der Permanentmagnet kann an dem Rotor mit zumindest einem der folgenden Permanent magnete gebildet werden: Ringmagnet und Anordnung mit Magnetsegmente. Der Ringmag net kann den Rotor umlaufend durchgehend oder unterbrochen umgreifen, beispielweise derart, dass umlaufend eine Anordnung von getrennten Magnetsegmenten vorgesehen ist. Beispielsweise kann ein umlaufend durchgehender Ringmagnet in Verbindung mit einer um laufend gebildeten Fluidkammer für die magnetische Flüssigkeit Anwendung finden.
Das elektrische Erregersystem kann mit mehreren Elektromagneten gebildet werden, die jeweils in Bezug auf den Rotor ortsfest angeordnet sind und an denen die Fluidkammer beim Drehen des Rotors vorbeigeführt wird, derart, dass sich hierbei zum aktiven Auswuchten das Permanentmagnetfeld und das jeweilige Elektromagnetfeld des Elektromagneten im aktivier ten Zustand überlagern. Hierdurch kann beim Drehen des Rotors das Permanentmagnetfeld mehrfach zumindest teilweise kompensiert werden. Die mehreren Elektromagnete können um den Rotor herum äquidistant oder nicht äquidistant zueinander beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise können zwei, drei, vier oder noch mehr Elektromagnete jeweils ortsfest angeordnet sein, so dass die Fluidkammer mit der magnetischen Flüssigkeit sowie der zu geordnete Permanentmagnet beim Rotieren des Rotors hieran jeweils vorbeigeführt werden. Die mehreren Elektromagnete können dann individuell mittels Strombeaufschlagung aktiviert werden, um so den Auswuchtprozess zu steuern, indem einem individuellen Regelungsme chanismus entsprechend das Permanentmagnetfeld mittels des einen oder der mehreren Elektromagnetfelder überlagert wird. Hierbei können zum Beispiel mehrere Elektromagnete nacheinander oder für eine Impulszeit auch zeitgleich aktiviert werden, um so den Aus wuchtprozess zu steuern.
Im radial außenliegenden Außenbereich der Fluidkammer können ein oder mehrere zusätzli che Permanentmagnet(en) und / oder flussführendes Material angebracht sein durch welche ein weiteres Permanentmagnetfeld generiert und / oder geführt wird. Durch anbringen der oder des Permanentmagneten bzw. von flussführendem Material kann ein dauerhaft wirken- des Permanentmagnetfeld im radial außenliegenden Bereich wirken und damit in verscho bener MRF die Sedimentation verringern oder sogar vollständig unterbinden (Hegger et al. : Smart Sealing for MR-Fluid Actuators; Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Volume 30 Issue 5, March 2019). Weiterhin kann durch das im radial außenliegenden Be reich wirkende Permanentmagnetfeld, in diesen Bereich verschobene MRF, auch ohne die Wirkung der Radialbeschleunigung festgehalten werden. Somit kann ein ausgewuchteter Zustand auch bei geringer Drehzahl sowie im Stillstand beibehalten werden.
Die Polarisationsrichtung der / des Permanentmagnet(en) kann hierbei gegenüber dem in nenliegenden Permanentmagnetfeld gleich oder gegensinnig sein. Mittels einer gegensinni gen Polarisation der Permanentmagnetfelder kann erreicht werden, dass mit Hilfe der Polari sation der Strombeaufschlagung des Elektromagneten gezielt eines der beiden Permanent magnetfelder kompensiert wird und damit die radiale Hin- und Rückbewegung gezielt ge steuert werden kann. Mittels gleichsinniger Polarisation kann eine zeitgleiche Kompensation verschiedener Permanentmagnetfelder erfolgen, wodurch sich eine größtmögliche Feldver drängung aus der Fluidkammer ergibt. Diese größtmögliche Feldverdrängung resultiert in der größtmöglichen Wirkung der Massenträgheitskräfte (Gravitation und Radialbeschleunigung) zur Massenverschiebung.
Die vorangehend in Verbindung mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen können ein zeln oder in Kombination im Zusammenhang mit der Vorrichtung entsprechend vorgesehen sein.
Beschreibung von Ausführunqsbeispielen
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer
Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Rotor und einem Me chanismus zum aktiven Auswuchten mittels radialer Verlagerung einer magne tischen Flüssigkeit;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung mit einem Rotor und ei nem Mechanismus zum aktiven Auswuchten mittels tangentialer Verlagerung einer magnetischen Flüssigkeit;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Vorrichtung mit einem Rotor und ei nem Mechanismus zum aktiven Auswuchten mittels positivem oder negativem Mas senausgleich; Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Rotors, bei dem in Rotorele menten eine Fluidkammer mit einer magnetischen Flüssigkeit angeordnet ist, wobei diese in einer Ausgangsstellung innenseitig festgehalten wird;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung des Rotors aus Fig. 4, wobei die magnetische Flüssigkeit teilweise in radialer Richtung nach außen verlagert ist;
Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung des Rotors aus Fig. 4, wobei die magnetische Flüssigkeit in der Fluidkammer vollständig zu einer radial außenlie genden Außenseite der Fluidkammer verlagert ist;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Rotorelements des Rotors aus Fig. 4 im Schnitt zu verschiedenen Zeiten einer Drehbewegung des Rotors;
Fig. 8 eine grafische Darstellung des Stromflusses eines Elektromagneten in Abhängigkeit von der Zeit sowie einer aus einer Verlagerung der magnetischen Flüssigkeit resul tierende Unwucht UMRF, welche zum Kompensieren einer im Anfangszustand des Systems vorliegenden Unwucht genutzt werden kann;
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Rotor und einem zuge ordneten ortsfesten Elektromagneten;
Fig. 10 eine schematische Darstellung für den Ablauf eines Auswuchtprozesses;
Fig. 11 eine schematische Darstellung für Ergebnisse des Verlaufs eines automatisierten aktiven Auswuchtens und
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Rotor und einem Me chanismus zum aktiven Auswuchten mittels radialer Verlagerung einer magne tischen Flüssigkeit unter Verwendung mehrerer gegensinnig polarisierter Perma nentmagnete.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem Rotor 1 und einem dem Rotor 1 zugeordneten Mechanismus zum Auswuchten 2. Der Rotor 1 ist um eine Dreh achse 3 drehbar. An dem Rotor 1 sind drei segmentierte Bereiche 4 umlaufend angeordnet, die jeweils einen Permanentmagneten 5 und eine zugeordnete Fluidkammer 6 mit einer magnetischen Flüssigkeit 7 aufweisen, die die Fluidkammer 6 teilweise ausfüllt. In anderen Ausführungsformen können mehr als drei segmentierte Bereiche 4 vorgesehen sein.
Dem Rotor 1 gegenüberliegend sind Elektromagnete 8 angeordnet, die zum Ausbilden eines Elektromagnetfelds mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar sind, sei es gepulst in zeit lichen Abständen, insbesondere dann, wenn eine der Fluidkammern 6 an dem Elektromag neten vorbeigeführt wird, oder dauerhaft während des Drehens des Rotors 1. Hierbei kann eine Überlagerung eines dauerhaften Stroms mit zeitlich begrenzten Impulsen vorgesehen sein. Die Fluidkammer 6 der segmentierten Bereiche 4 ist als geschlossene Kammer zur Aufnahme der magnetischen Flüssigkeit 7 ausgeführt.
Mit Hilfe des Permanentmagneten 5 wird die magnetische Flüssigkeit 7 an einer in radialer Richtung innenliegenden Innenseite 9 festgehalten. Dieses ist bedingt durch ein mittels des Permanentmagneten 5 bereitgestellten Permanentmagnetfelds, welches auf die magneti sche Flüssigkeit 7 wirkt. Die magnetische Flüssigkeit 7 kann zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten umfassen: Ferroflüssigkeit und magnetorheologische Flüssigkeit. In einer Aus gestaltung besteht die magnetische Flüssigkeit 7 ausschließlich aus der magnetorheologi- schen Flüssigkeit.
Wird der Rotor 1 in Rotation versetzt, werden die segmentierten Bereiche 4 jeweils an den Elektromagneten 8 vorbeigeführt. Die Elektromagneten 8 können dann zum Beispiel einer getakteten Betriebsweise entsprechend mit einem elektrischen Strom (Stromimpulse) beauf schlagt werden, so dass sie jeweils ein Elektromagnetfeld bereitstellen. Ist einer der Elekt- romagnete 8 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, so überlagert sich für einen oder mehrere der segmentierten Bereiche 4 das Permanentmagnetfeld des zugeordneten Perma nentmagneten 5 mit dem Elektromagnetfeld des gegenüberliegenden Elektromagneten 8, so dass für die magnetische Flüssigkeit 7 in der Fluidkammer 6 ein resultierendes Magnetfeld entsteht. Hierbei kompensiert das Elektromagnetfeld das Permanentmagnetfeld zumindest teilweise, wobei auch eine Überkompensation vorgesehen sein kann. Auch kann vorgesehen sein, dass das Elektromagnetfeld das Permanentmagnetfeld nicht kompensiert, sondern ver stärkt.
Beim Drehen des Rotors 1 um die Drehachse 3 kommt es unter Einwirkung des Elektromag netfelds des Elektromagneten 8 in den segmentierten Bereichen 4 zu einer Masseverlage rung der magnetischen Flüssigkeit 7 zu einer radial außenliegenden Außenseite 13 der Flu idkammer 6. Die magnetische Flüssigkeit 7 fließt hierbei teilweise zu der Außenseite 13 hin, um so aktiv auszuwuchten. Ein Teil 14 der magnetischen Flüssigkeit 7 verbleibt innenseitig, während ein anderer Teil 15 der magnetischen Flüssigkeit 7 nach radial außen fließt. Die Masseverlagerung, die für eine oder mehrere der segmentierten Bereiche 4 mittels des Elektromagneten induziert werden kann, bewirkt eine Änderung der Masseverteilung für den Rotor 1, wenn dieser gedreht wird.
Verringert sich die Drehzahl des Rotors 1, kann der Teil der magnetischen Flüssigkeit 7, welcher gemäß Fig. 3 zur Außenseite 13 der Fluidkammer 6 geflossen ist, nach radial innen zurückfließen, wodurch wiederum eine andere Massenverteilung an dem Rotor 1 ausgebildet wird. Diese Rückbewegung kann aufgrund der Gravitation und / oder der Wirkung des durch den Permanenten 5 und / oder den Elektromagneten 8 erzeugten Magnetfelds erfolgen.
Mit Hilfe der individuellen Aktivierung des oder der Elektromagnete 8 beim Drehen des Ro tors 1 kann so die Masseverteilung am Rotor 1 betriebsabhängig gesteuert werden. Zur Akti vierung werden die Elektromagnete 8 jeweils von einem (gepulsten) Strom i durchflossen.
Die Elektromagnete 8 sind in den gezeigten Ausführungsformen dem Rotor 1 ortsfest ange ordnet und bilden so ein stationäres elektrisches Erregersystem.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung mit dem Rotor 1 und dem Mechanismus zum aktiven Auswuchten 2. Bei der gezeigten Ausführungsform ist um den Rotor 1 umlaufend eine durchgehende Fluidkammer 6 mit der magnetischen Flüssigkeit 7 gebildet, welcher ein umlaufend angeordneter Permanentmagnet 5 zugeordnet ist. Auf grund der Wirkung des Elektromagneten 8 kommt es bei der Rotation des Rotors lokal zum Verschieben der magnetischen Flüssigkeit 7 in tangentialer Richtung, was schließlich zu ei ner Masseverlagerung 12 der magnetischen Flüssigkeit 7 in radialer Richtung führt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Vorrichtung mit dem Rotor 1 und dem Mechanismus zum aktiven Auswuchten 2. In Abhängigkeit von dem Zusammenwirken des Permanentmagnetfelds und des Elektromagnetfelds kann ein positiver Massenausgleich (positive Massenverlagerung) stattfinden, was in Fig. 1 mittels Bezugszeichen 10 schema tisch gezeigt ist. Kompensiert das Elektromagnetfeld das Permanentmagnetfeld zumindest teilweise, kann ein negativer Massenausgleich (negative Massenverlagerung) stattfinden, was in Fig. 10 mittels Bezugszeichen 11 schematisch gezeigt ist. Hierbei verlagert sich die magnetische Flüssigkeit 7 aufgrund der Radialbeschleunigung und / oder des resultierenden Magnetfelds zum Permanentmagneten 5 hin.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen schematische perspektivische Darstellungen eine Rotors 20 mit drei Rotorelementen 21 , an denen jeweils die Fluidkammer 6 mit der magnetischen Flüssigkeit 7 und dem zugeordneten Permanentmagneten 5 angeordnet ist. Fig. 4 zeigt die Ausgangsstel lung für die magnetische Flüssigkeit 7, die auf der Innenseite 9 der Fluidkammer 6 angeord net ist und dort mittels des Permanentmagneten 5 festgehalten wird. Beim Drehen des Ro tors 20 bewegt sich die magnetische Flüssigkeit 7 gemäß den Fig. 5 und 6 in Richtung der Außenseite 13 der Fluidkammer 6, was mit Hilfe des oder der zugeordneten Elektromagnete 8 (in den Fig. 4 bis 6 nicht dargestellt) gesteuert wird, wenn die Rotorelemente 21 mit der Fluidkammer 6 an dem Elektromagneten vorbeigeführt werden und der Elektromagnet akti viert ist.
Die Fig. 7 und 8 zeigen dies weiter im Detail.
Fig. 7 zeigt für ein Rotorelement 21, was als Rotorblatt ausgeführt sein kann, eine Schnitt darstellung mit der Fluidkammer 6 und der darin angeordneten magnetischen Flüssigkeit 7 für verschiedene Zeiten t nach dem Beginn der Drehung des Rotors 20. Es ergibt sich, dass zum Zeitpunkt t=0 die magnetische Flüssigkeit 7 auf der Innenseite 9 festgehalten wird und mit zunehmender Zeit teilweise in radialer Richtung zur Außenseite 13 hin fließt.
Fig. 8 zeigt hierzu eine grafische Darstellung des gepulsten Stromflusses IEM für den Elekt romagneten beim Drehen des Rotors 20 in Abhängigkeit von der Zeit t. Weiterhin ist der Be trag der aus der Verschiebung der magnetischen Flüssigkeit 7 resultierende Unwucht UMRF dargestellt, welche zum Kompensieren einer im Initialzustand des Systems vorliegenden Unwucht genutzt werden kann.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 wird nachfolgend ein automatisierter aktiver Aus wuchtprozess für den Rotor 20 beschrieben. Diese Erläuterungen gelten entsprechend für den Rotor 1. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors 20 mit den Rotorelemen ten 21. Für gleiche Merkmale werden hierbei die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 4 bis 7 verwendet.
Nach dem Start des Prozesses zum Auswuchten (Schritt 30), wird eine vorhandene Unwucht ermittelt und in Amplitude ü und Phase cpu demoduliert (Schritt 31). Basierend auf dem ermit telten Phasenwinkel wird im Schritt 32 die zu aktivierende Fluidkammer 6a, 6b, 6c ausge wählt. Zu diesem Zweck wird die Phasenlage <pc =
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+ 180° einer erforderlichen mittels
Masseverlagerung der magnetischen Flüssigkeit 7 bereitzustellende Korrekturmasse in ein körperfestes a, b, c - Koordinatensystem (vgl. Fig. 9) übertragen. Durch eine Fallunterschei dung nach Gleichung (1.1) wird das entsprechende Segment (segmentierter Bereich 4) aus gewählt, in welchem die Korrekturmasse liegen soll. Die Spezifikation der einzelnen Seg mente ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei gilt:
Segment ( cpc ) = I for 0 < <5 c < 120, Ausgangsachse a
I I for 120 < Vr0 < 240, Ausgangsachse b (1.1)
III for 240 < cpc< 360, Ausgangsachse c
Die Rotorelemente 21 und somit die zugeordneten Fluidkammern 6a, 6b, 6c erstrecken sich entlang der Achsen a, b, c.
Mittels Bestimmung des Differenzwinkels <pd zwischen dem Winkel der Korrekturmasse cpc und der ermittelten Ausgangsachse a, b oder c des Segments kann mit Hilfe von Gleichung (1.2) und Gleichung (1.3) das entsprechende Verhältnis der beiden Fluidkammern 7, welche das Segment begrenzen und um 120 Grad versetzt sind, berechnet werden:
Figure imgf000017_0001
Für eine Korrekturmasse in einem ersten Segment können die Komponenten u Ί und u2 den Fluidkammern 6a und 6b zugeordnet werden. Für die anderen Segmente erfolgt die Zuord nung nach dem gleichen Prinzip.
Mittels Vergleichen der Beträge von u Ί und u2 kann eine Fluidkammer identifiziert werden, die das Ungleichgewicht am effizientesten korrigiert. Diese Fluidkammer wird entsprechend durch den Elektromagneten 8 aktiviert bzw. das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 wird kompensiert (Schritt 33). Der zum Ausgleich verwendete Strom /EM wird durch einen separa ten Regler (nicht dargestellt) eingestellt, der den Strom von einem Startwert aus inkrementeil erhöhen kann, bis die gewünschte Korrektur erreicht ist.
Der beschriebene Vorgang wird so lange wiederholt, bis entweder der Maximalstrom /EM,max erreicht ist und eine weitere Erhöhung des Stromes keine Verbesserung bewirkt oder die Unwucht unter den Grenzwert fällt (Schritte 34, ... , 37) Im ersten Fall ist ein ausreichendes Auswuchten nicht möglich, im zweiten Fall ist die Unwucht erfolgreich korrigiert. In beiden Fällen endet der Prozess aufgrund der Unwucht in einem bedingt stabilen Zustand, der nur durch Rotation und ohne Bedarf an elektrischer Energie aufrechterhalten werden kann. Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung für Ergebnisse des Verlaufs eines automatisier ten aktiven Auswuchtens. Durch den verwendeten Ablauf wird zunächst Fluidkammer 6b als die effizienteste Möglichkeit identifiziert und eine entsprechende Masseverschiebung durch geführt. Diese ist durch einen Pfeil 40 gekennzeichnet. Nachdem eine gewisse Masse der magnetische Flüssigkeit 7 verschoben wurde, ist die Lage der resultierenden Unwucht so weit verschoben (Phasenlage etwa 190°), dass nun mit Fluidkammer 6a effizienter korrigiert werden kann (Pfeil 41).
Zuletzt wird eine Phasenlage der Unwucht von etwa 300° erreicht, und es muss wiederum Fluidkammer 6b aktiviert werden (Pfeil 42 bis Mittelpunkt). Am Ende des dargestellten Ver laufs wird der festgelegte Grenzwert unterschritten und damit ein während der Rotation stabi ler, ausgewuchteter Zustand erreicht.
Es kann vorgesehen sein. Die magnetische Flüssigkeit 7 (auch als MRF in Fig. 11 abge kürzt) zeitgleich in zwei der Fluidkammern 6a, 6b, 6c zu verschieben. Die hierzu benötigten Informationen sind aus Gleichung (1.2) und (1.3) abzulesen. So ist es ermöglicht, sich auf direkten Weg dem ausgewuchteten Zustand anzunähern. Dieser Ablauf ist in Fig. 11 als Pfeil 43 dargestellt.
Fig. 11 zeigt Ergebnisse des Auswuchtlaufs mit einer Anfangsunwucht von uStan = 255 g mm (Amplitude) bei einem Winkel von cpu,start = 262° (Phasenlage) und einer resultierenden Un wucht uEnd = 2.34 g mm bei einem Winkel von cpu,End = 169°.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung mit dem Rotor 1 und einem Mechanismus zum aktiven Auswuchten 2 nach dem Prinzip der radialen Verlagerung der magnetischen Flüssigkeit 7. Gegenüber den zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen eine zusätzlicher Permanentmagnet 40 im Bereich der radial außenliegenden Außenseite 13 der Fluidkammer 6 vorgesehen. Mehrere zusätzliche Permanentmagnete 40 können vorge sehen sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum aktiven Auswuchten eines Rotors (1 ; 20), aufweisend
- Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem um eine Drehachse drehbaren Rotor (1; 20) und einem dem Rotor (1; 20) zugeordneten Mechanismus (2) zum aktiven Aus wuchten, bei dem in einer an dem Rotor (1; 20) gebildeten Fluidkammer (6) eine magnetische Flüssigkeit (7) aufgenommen ist, mit der die Fluidkammer (6) teilweise ausgefüllt wird und die zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten enthält: Ferro flüssigkeit und magnetorheologische Flüssigkeit;
- Festhalten der magnetischen Flüssigkeit (7) mittels eines Permanentmagnetfelds eines an dem Rotor (1; 20) angeordneten Permanentmagneten (5) in einer Aus gangsstellung in der Fluidkammer (6);
- Drehen des Rotors (1; 20) um die Drehachse (3) und
- Vorbeiführen der Fluidkammer (6) und des Permanentmagneten (5) an einem elektrischen Erregersystem mit einem ortsfest angeordneten Elektromagneten (8) beim Drehen des Rotors (1; 20), wobei sich hierbei zum aktiven Auswuchten das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten (5) und ein Elektromagnetfeld des Elektromagneten (8) im aktivierten Zustand überlagern, so dass die magnetische Flüssigkeit (7) in der Fluidkammer (6) von der Ausgangsstellung ausgehend eine Masseverlagerung ausführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n n z e i c h n e t, dass die magnetische Flüssigkeit (7) bei der Masseverlagerung in wenigstens eine der folgenden Richtungen verschoben wird: radiale Richtung und tangentiale Richtung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ke n n z e i c h n e t, dass die magneti sche Flüssigkeit (7) die Masseverlagerung aufgrund einer Radialbeschleunigung aus führt, welche beim Drehen des Rotors (1; 20) auf die magnetische Flüssigkeit (7) ein wirkt.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e ke n n z e i c h n e t, dass die magnetische Flüssigkeit (7) beim Drehen des Rotors (1; 20) die Masseverlagerung aufgrund eines resultierenden Magnetfelds ausführt, wel ches sich aufgrund der Überlagerung des Permanentmagnetfelds und des Elektro magnetfelds ergibt.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass aufgrund der Masseverlagerung der magnetischen Flüssig keit (7) beim Drehen des Rotors (1; 20) wenigstens einer der folgenden Massenaus gleiche ausgeführt wird: positiver Massenausgleich und negativer Massenausgleich.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Fluidkammer (6) von einer magnetischen Flüssigkeit (7) teilweise ausgefüllt wird, die aus der magnetorheologischen Flüssigkeit besteht.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetische Flüssigkeit (7) in der Fluidkammer (6) zu rückfließt, wenn eine Drehzahl der Drehung des Rotors (1 ; 20) verringert wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die magnetische Flüssigkeit (7)
- mittels des Permanentmagnetfelds in der Ausgangsstellung auf einer in radialer Richtung innenliegenden Innenseite (9) der Fluidkammer (6) festgehalten wird und
- beim Drehen des Rotors (1; 20) zum aktiven Auswuchten von der Innenseite (9) teilweise hin zu einer in radialer Richtung außenliegenden Außenseite (13) der Flu idkammer (6) verlagert wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass beim Drehen des Rotors (1 ; 20) zwischen verschiedenen stabilen Systemzuständen gewechselt wird, die jeweils mittels des Permanentmagnet felds des Permanentmagneten (5) und / oder der auf die magnetische Flüssigkeit (7) wirkenden Radialbeschleunigung aufrechterhalten werden, wobei die verschiedenen stabilen Systemzustände eine jeweils andere Verteilung der Masse der magnetischen Flüssigkeit (7) in der Fluidkammer (6) aufweisen.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass an dem Rotor (1 ; 20) mehrere segmentierte Bereiche (4) ge bildet werden, die jeweils aus einem zugeordneten Permanentmagneten (5) und einer zugeordneten Fluidkammer (6) mit magnetischer Flüssigkeit bestehen.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e ke n n z e i c h n e t, dass der Permanentmagnet (5) an dem Rotor (1 ; 20) mittels eines Ringmagneten gebildet wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e ke n n z e i c h n e t, dass das elektrische Erregersystem mit mehreren Elektromagne ten (8) gebildet wird, die jeweils in Bezug auf den Rotor (1; 20) gegenüberliegend und ortsfest angeordnet sind und an denen die Fluidkammer (6) beim Drehen des Rotors (1; 20) vorbeigeführt wird, derart, dass sich hierbei zum aktiven Auswuchten das Per manentmagnetfeld und das Elektromagnetfeld des Elektromagneten (8) im aktivierten Zustand jeweils überlagern.
13. Vorrichtung mit einem Rotor (1; 20) und einem dem Rotor (1; 20) zugeordneten Me chanismus (2) zum aktiven Auswuchten des Rotors (1; 20), weiterhin aufweisend:
- eine Drehachse (3), um welche der Rotor (1 ; 20) drehbar ist;
- eine Fluidkammer (6), die an dem Rotor (1 ; 20) angeordnet ist;
- eine magnetische Flüssigkeit (7), welche die Fluidkammer (6) teilweise ausfüllt und zumindest eine der folgenden Flüssigkeiten enthält: Ferroflüssigkeit und magne- torheologische Flüssigkeit;
- einen Permanentmagneten (5), der an dem Rotor (1; 20) angeordnet und eingerich tet ist, die magnetische Flüssigkeit (7) mittels eines Permanentmagnetfelds in einer Ausgangsstellung in der Fluidkammer (6) festzuhalten; und
- ein elektrisches Erregersystem mit einem ortsfest angeordneten Elektromagneten (8), derart, dass sich beim Drehen des Rotors (1; 20), wenn die Fluidkammer (6) und der Permanentmagnet (5) an dem Elektromagneten (8) vorbeiführbar sind, zum aktiven Auswuchten das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten (5) und ein Elektromagnetfeld des Elektromagneten (8) im aktivierten Zustand überlagern, so dass die magnetische Flüssigkeit (7) in der Fluidkammer (6) von der Ausgangs stellung ausgehend eine Masseverlagerung ausführen kann.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114060472A (zh) * 2021-11-25 2022-02-18 博远机电(南通)有限公司 一种立式磨机用的驱动装置
WO2023052480A1 (de) * 2021-09-30 2023-04-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Flettner-rotor-system und verfahren zum aktiven dämpfen eines flettner-rotor-systems

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3248085C2 (de) 1982-12-24 1986-07-03 GMN Georg Müller Nürnberg GmbH, 8500 Nürnberg Verfahren zum Auswuchten von rotationssymmetrischen Teilen während der Rotation
EP0938087A1 (de) * 1998-02-19 1999-08-25 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Gerät zum Lesen und/oder Schreiben scheibenförmiger Aufzeichnungsmedien
US20010035068A1 (en) 2000-04-28 2001-11-01 Case Wayne A. Rotational imbalance compensator
US20050235304A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Yuji Shishido Automatic balancing apparatus and rotative apparatus using the same
WO2005111460A2 (en) * 2003-10-14 2005-11-24 Sikorsky Aircraft Corporation Magnetorheological (mrf) active isolation system
DE10320974B4 (de) 2003-05-09 2005-12-01 Siemens Ag Verfahren zur Verminderung einer Unwucht und Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit zur Verminderung einer Unwucht
US20080141290A1 (en) * 2004-04-19 2008-06-12 Sony Corporation Automatic balancing apparatus, rotative apparatus and disc drive
CN202531720U (zh) 2012-01-31 2012-11-14 江南大学 磁流变液平衡环
CN105004482A (zh) 2015-07-14 2015-10-28 西安交通大学 一种电磁控制磁流变液动平衡方法
EP3241656A1 (de) * 2016-05-04 2017-11-08 Weber Maschinenbau GmbH Breidenbach Vorrichtung und verfahren zum aufschneiden von lebensmittelprodukten

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3248085C2 (de) 1982-12-24 1986-07-03 GMN Georg Müller Nürnberg GmbH, 8500 Nürnberg Verfahren zum Auswuchten von rotationssymmetrischen Teilen während der Rotation
EP0938087A1 (de) * 1998-02-19 1999-08-25 Deutsche Thomson-Brandt Gmbh Gerät zum Lesen und/oder Schreiben scheibenförmiger Aufzeichnungsmedien
US20010035068A1 (en) 2000-04-28 2001-11-01 Case Wayne A. Rotational imbalance compensator
DE10320974B4 (de) 2003-05-09 2005-12-01 Siemens Ag Verfahren zur Verminderung einer Unwucht und Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit zur Verminderung einer Unwucht
WO2005111460A2 (en) * 2003-10-14 2005-11-24 Sikorsky Aircraft Corporation Magnetorheological (mrf) active isolation system
US20050235304A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Yuji Shishido Automatic balancing apparatus and rotative apparatus using the same
US20080141290A1 (en) * 2004-04-19 2008-06-12 Sony Corporation Automatic balancing apparatus, rotative apparatus and disc drive
CN202531720U (zh) 2012-01-31 2012-11-14 江南大学 磁流变液平衡环
CN105004482A (zh) 2015-07-14 2015-10-28 西安交通大学 一种电磁控制磁流变液动平衡方法
EP3241656A1 (de) * 2016-05-04 2017-11-08 Weber Maschinenbau GmbH Breidenbach Vorrichtung und verfahren zum aufschneiden von lebensmittelprodukten

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRECHSLER, PROCEEDINGS OF CONFERENCE ON VIBRATIONS IN ROTATING MACHINERY, CAMBRIDGE, 1980, pages 65 - 69
HEGGER ET AL.: "Smart Sealing for MR-Fluid Actuators", JOURNAL OF INTELLIGENT MATERIAL SYSTEMS AND STRUCTURES, vol. 30, March 2019 (2019-03-01)
LI-FANG ET AL.: "A study on electromagnetic driven bi-disc compensator for rotor autobalancing and its movement control", WSEAS TRANSACTIONS ON SYSTEMS AND CONTROL, vol. 5, 2010
NAKAMOTO ET AL.: "Manufacturing Systems and Technologies for the New Frontier", THE 41ST CIRP CONFERENCE ON MANUFACTURING SYSTEMS, 26 May 2008 (2008-05-26)
PARKINSON, JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING SCIENCE, vol. 7, 1965, pages 33 - 39
ZHANG ET AL., JOURNAL OF VIBRATION AND ACOUSTICS, vol. 141, 2019

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023052480A1 (de) * 2021-09-30 2023-04-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Flettner-rotor-system und verfahren zum aktiven dämpfen eines flettner-rotor-systems
CN114060472A (zh) * 2021-11-25 2022-02-18 博远机电(南通)有限公司 一种立式磨机用的驱动装置

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