DE112004001332B4

DE112004001332B4 - Integriertes in der Mittelebene erfolgendes Auswuchten einer rotierenden elektrischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE112004001332B4
Application number: DE112004001332T
Authority: DE
Inventors: Mark Hodowanec; Rajendra V. Mistry
Original assignee: Siemens Industry Inc
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: US20080041154A1; US7555825B2; DE112004001332T5; CN1853332A; US7458262B2; US7343663B2; WO2005011089A3; US20080041186A1; BRPI0412816A; CN100570995C; WO2005011089A2; US20050097724A1

Abstract

System zum integrierten in der Mittelebene erfolgenden Auswuchten einer rotierenden elektrischen Vorrichtung, welches umfasst: einen Rotor; eine Stegwelle, die innerhalb des Rotors vorgesehen ist; eine Scheibe, die als eine Mittelebene in einem ungefäst ist; und ein Gewicht, das an der Scheibe befestigt ist, zum Auswuchten der rotierenden Vorrichtung.

Description

Hintergrund
Rotierende Betriebsmittel wie etwa die Rotoren eines Elektromotors sind infolge von Schwankungen der Materialqualität und Fertigungstoleranzen naturgegeben nicht ausgewuchtet. Ein nicht ausgewuchteter Betrieb hat dementsprechend Schwingungen zur Folge. Die Stärke der Schwingungen hängt mit der Größe der Unwucht zusammen und nimmt zu, wenn sich die Drehzahl der Eigenfrequenz des Rotors (der kritischen Drehzahl des Rotors) nähert. Es ist leicht einzusehen, dass für Rotoren mit elastischer Welle die kritische Drehzahl niedriger als die Betriebsdrehzahl ist. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass Schwingungen die Leistungsfähigkeit eines rotierenden Betriebsmittels wie etwa eines Elektromotors beeinträchtigen. Ferner bewirkt fortgesetztes Auftreten von Schwingungen eine Begrenzung der Lebensdauer des rotierenden Betriebsmittels und hat höhere Instandhaltungskosten zur Folge. Daher ist es erforderlich, Schwingungen in rotierenden Vorrichtungen wie etwa Elektromotoren auf ein Minimum zu begrenzen.
Wenn zum Beispiel ein Rotor mit einer elastischen Welle seine kritische Drehzahl überschreitet, was innerhalb seiner Betriebsdrehzahl geschieht, nimmt die Stärke der Schwingungen zu. Die Stärke von Schwingungen kann verringert werden, indem ein Auswuchten in einer dritten Auswuchtebene vorgesehen wird, die sich in einer rotierenden Vorrichtung wie etwa einem Elektromotor in unmittelbarer Nähe des geometrischen Mittelpunkts des Rotors befindet. Indem eine dritte Ebene zum Auswuchten vorgesehen wird, kann das Gegengewicht derart verteilt werden, dass die Kraft, die auf ein nicht ausgeglichenes Gewicht zurückzuführen ist, im gesamten Drehzahlbereich einer rotierenden Vorrichtung auf eine vernachlässigbare Größe reduziert werden kann.
Herkömmliche Systeme und Verfahren zum Auswuchten in einer dritten Ebene einer rotierenden Vorrichtung erfordern das Entfernen von aktivem Material, wie etwa von Elektroblechlamellen, an der Stelle, wo sich die Mittelebene befindet. Dies wiederum erfordert einen längeren Rotorkern, um das Entfernen von aktivem Material auszugleichen. Es ist leicht einzusehen, dass ein weiterer Nachteil herkömmlicher Systeme und Verfahren zum Begrenzen der Schwingungen rotierender Vorrichtungen auf ein Minimum darin besteht, dass für jeden Versuch des Auswuchtens der Rotor vollständig aus der rotierenden Vorrichtung wie etwa einem Motor ausgebaut werden muss. Dementsprechend besteht ein unerfüllter Bedarf daran, die Schwingungen einer rotierenden Vorrichtung auf eine wirksame und effiziente Weise durch Auswuchten in einer dritten Ebene auf ein Minimum zu begrenzen.
Weitere Möglichkeiten, die Schwingungen einer rotierenden elektrischen Vorrichtung zu dämpfen, sind in der japanischen Patentanmeldung JP 57193954 A , der deutschen Offenlegungschriften DE 24 36 435 A1 , DE 100 05 006 A1 , der deutschen Patentschrift 823 760 , der Übersetzung DE 691 13 561 T2 des europäischen Patents EP 0 470 265 B1 und der Übersetzung DE 699 27 160 T2 des europäischen Patents EP 1 097 502 B1 und dem amerikanischen Patent 5,487,640 bekannt.
Zusammenfassung
Durch die vorliegende Erfindung wird das Auswuchten in drei Ebenen ohne Entfernen von aktivem Material (z. B. Elektroblechlamellen) erreicht.
Bei gewissen beispielhaften Ausführungsformen wird eine rotierende Maschinenbaugruppe bereitgestellt, die einen Rotor, eine Stegwelle innerhalb des Rotors, eine an der Stegwelle befestigte Platte und an der Platte befestigte Gewichte zum Auswuchten des Rotors umfasst.
Bei gewissen beispielhaften Ausführungsformen wird eine rotierende Maschinenbaugruppe bereitgestellt, die einen Rotor, eine innerhalb des Rotors angeordnete Stegwelle, eine Vielzahl in Längsrichtung angeordneter Stäbe, die an vorgegebenen Positionen an der Stegwelle befestigt sind und sich von ihr weg erstrecken, eine Traverse, die zwischen jedem Paar der in Längsrichtung angeordneten Vielzahl von Stäben befestigt ist, und Gewichte umfasst, die an wenigstens einer der Traversen befestigt sind, um das Auswuchten der rotierenden Baugruppe zu begünstigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine große Vielfalt potentieller Ausführungsformen wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung gewisser beispielhafter Ausführungsformen besser verständlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei:
die , und schematische Darstellungen sind, die den Stand der Technik zeigen;
die , , und schematische Darstellungen eines weiteren Standes der Technik zum Erzeugen einer dritten Ebene für das Auswuchten in drei Ebenen sind;
die , und schematische Darstellungen einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Anwendung auf eine gefräste Stegwelle zum Erzeugen einer dritten Ebene für das Auswuchten in drei Ebenen sind; und
die , und schematische Darstellungen einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine geschweißte Stegwelle enthält, zum Erzeugen einer dritten Ebene für das Auswuchten in drei Ebenen sind.
ist ein Ausdruck eines Protokolldiagramms von einem Prozess der Bestimmung der Auswuchtgewichte.
Definitionen
Wenn in diesem Dokument die folgenden Begriffe verwendet werden, gelten die folgenden Definitionen:

kann – ist in der Lage zu, wenigstens bei manchen Ausführungsformen;

umfassend (bzw. welcher/welche/welches umfasst) – enthaltend, jedoch nicht beschränkt auf;

kritische Drehzahl – eine Drehzahl, bei der mechanische Resonanz auftritt;

Elektromotor – ein durch Elektroenergie angetriebener Motor. Ein Elektromotor kann zwei Elemente umfassen, ein stationäres, das der Stator genannt wird, und ein anderes, rotierendes, das der Rotor genannt wird. Für jedes Element können ein oder mehrere Magnete, Elektromagnete und/oder ferromagnetische Komponenten verwendet werden;

lang gestreckt – eine Länge aufweisend, die größer als die Breite ist;

erwartet – vorhergesagt;

Lamelle – ein geschichtetes Material, kann aus Stahl oder einem anderen gehärteten Material bestehen;

longitudinal – zur Längsrichtung oder Länge gehörend bzw. diese betreffend;

darf/dürfen/kann/können – etwas ist möglich/zulässig, wenigstens bei manchen Ausführungsformen;

Motor – etwas, was Elektroenergie in geradlinige und/oder Rotationsbewegung umwandelt;

Betriebsdrehzahl – eine Drehzahl während des Betriebs, die normalerweise zwischen einer Synchrondrehzahl und einer Volllastdrehzahl liegt;

Pol – eine von zwei oder mehr Regionen in einem magnetisierten Körper, in der die magnetische Flussdichte konzentriert ist;

vorgegeben – im Voraus festgelegt;

starr – im Wesentlichen unbiegsam;

Rotor – ein rotierendes Teil einer Maschine;

Welle – eine lange, im Großen und Ganzen zylindrische Stange, die rotiert und mit der ein Rotor verbunden sein kann;

aufgeschrumpft/Schrumpfverbindung – es wird Wärme zugeführt, um die Ausdehnung eines Materials zu bewirken, so dass es beim Abkühlen eng um ein Objekt herum anliegt;

Geschwindigkeit – eine lineare oder Rotationsgeschwindigkeit;

Stator – ein stationäres Teil, in dem oder um das ein anderes Teil (der Rotor) umläuft;

im Wesentlichen – zu einem großen Teil oder in hohem Grade,

System – eine Sammlung von Mechanismen, Vorrichtungen und/oder Anweisungen, wobei die Sammlung dazu bestimmt ist, eine oder mehrere spezifische Funktionen zu erfüllen.
Ausführliche Beschreibung
Bei gewissen beispielhaften Ausführungsformen wird eine rotierende Maschinenbaugruppe bereitgestellt, die einen Rotor, eine Stegwelle innerhalb des Rotors, eine an der Stegwelle befestigte Platte und an der Platte befestigte Gewichte zum Auswuchten des Rotors umfasst. Bei gewissen beispielhaften Ausführungsformen wird eine rotierende Maschinenbaugruppe bereitgestellt, die einen Rotor, eine innerhalb des Rotors angeordnete Stegwelle, eine Vielzahl in Längsrichtung angeordneter Stäbe, die an vorgegebenen Positionen an der Stegwelle befestigt sind und sich von ihr weg erstrecken, eine Traverse, die zwischen jedem Paar der in Längsrichtung angeordneten Vielzahl von Stäben befestigt ist, und Gewichte umfasst, die an wenigstens einer der Traversen befestigt sind, um das Auswuchten der rotierenden Baugruppe zu begünstigen.
Die , und zeigen eine beispielhafte schematische Darstellung eines Systems nach dem Stand der Technik zum Vorsehen einer dritten Ebene für das Auswuchten in drei Ebenen. Wie dargestellt enthält eine Rotorbaugruppe 100 Rotorlamellen aus Elektroblechlamellen-Material 101, eine Welle 103, Rotorstäbe 104 und Endverbinder 105, die an Kupferstäbe 104 angeschlossen sind. Die Rotorbaugruppe 100 enthält axiale 106 und radiale Entlüftungsöffnungen 107. Eine dicke Metallscheibe 102 ist um den Umfang der Welle 103 herum angeordnet und aufgeschrumpft.
Die dicke Metallscheibe 102 stellt eine Mittelebene zur Verfügung, die auch als eine dritte Ebene bezeichnet wird. Die Scheibe 102 ist speziell maschinell bearbeitet, um Auswuchtgewichte 108 aufzunehmen. Ein Auswuchtgewicht 108 ist mit Befestigungselementen 109 in der jeweiligen Position, die durch einen Auswuchtvorgang bestimmt wurde, an der Scheibe 102 befestigt. Die Gewichte 108 sind in Positionen befestigt, so wie es ein zuvor durchgeführter Auswuchtvorgang erforderlich macht, bei dem die Rotorbaugruppe geprüft wird und die Winkel und damit die Positionen bestimmt werden, in denen die einzelnen Gewichte 108 an der Außenfläche der Scheibe 102 zu befestigen sind.
Es ist leicht einzusehen, dass die Verwendung einer dicken Metallscheibe 102 mit einer Dicke von ungefähr 0,5–1,5 Zoll zur Verwendung als Mittelebene, um ein Auswuchten in drei Ebenen zu ermöglichen, das Entfernen von aktivem Elektroblechmaterial von Rotorlamellen 101 erfordert. Da die Gewichte befestigt werden und sich von der Oberfläche der Metallscheibe 102 weg erstrecken, ist es erforderlich, aktives Elektroblechmaterial zu entfernen. Für einen Durchschnittsfachmann ist klar, dass durch das Entfernen von aktivem Elektroblechmaterial die Wirksamkeit und die Leistung, die von der Rotorbaugruppe 100 zur Verfügung gestellt werden, verringert werden. Dementsprechend besteht Bedarf an einem System und einem Verfahren zur Durchführung des Auswuchtens eines Rotorbaugruppen-Systems ohne eine negative Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der rotierenden elektrischen Vorrichtung (z. B. des Motors).
ist eine Ansicht der Längsseite einer beispielhaften Ausführungsform einer Rotorbaugruppe 200 gemäss einem weiteren Stand der Technik. Man erkennt, dass die Rotorbaugruppe 200 speziell konstruierte Lamellen 210 und 220 enthält. ist eine Ansicht axialer Entlüftungsbohrungen 211 von vorn, die in Lamellen 210 in dem in der Nähe der Mitte befindlichen Blechpaket zum Hindurchführen von Befestigungselementen 209 vorgesehen sind. ist eine schematische Darstellung, die trapezförmige Entlüftungsöffnungen 212 zeigt, die in Lamelle 220 in dem in der Nähe der Mitte befindlichen Blechpaket und in einem bestimmten Abstand von den Lamellen 210 vorgesehen sind. zeigt eine Schnittdarstellung der Lamellen 210 und 220.
Auswuchtgewichte 213 haben dieselbe trapezförmige Gestalt wie die trapezförmigen Entlüftungsöffnungen 212 und enthalten eine gebohrte Öffnung, um die Befestigungselemente 209 aufzunehmen, die während eines Auswuchtvorgangs zwischen den Lamellen 210 und 220 gesichert werden. Es ist anzumerken, dass die Befestigungselemente 209 bei gewissen Ausführungsformen Metallbolzen sind. Eine Öffnung des Auswuchtgewichts 213 nimmt ein Befestigungselement 209 auf, und das Befestigungselement 209 wird anschließend durch die trapezförmigen Entlüftungsöffnungen 212 geführt. Das Befestigungselement 209 verläuft durch eine kreisförmige Öffnung der Lamelle 210 hindurch und wird mittels eines Befestigungs-Sicherungselements 221 gesichert. Es ist anzumerken, dass das Befestigungs-Sicherungselement bei gewissen Ausführungsformen eine Metallmutter ist.
ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen von Auswuchtgewichten für eine Rotorbaugruppe 300, die eine Stegwellenkonstruktion eines Rotors enthält. Wie in dargestellt ist, wird eine massive Welle mit kreisförmigem Querschnitt 203 so gefräst, dass sie die Form einer Stegwelle 314 annimmt. Die Stegwelle 314 ist so gefräst, dass sie eine vorgegebene Anzahl von Stegen 351 aufweist, die aus ihrem Kern herausragen. Eine scheibenförmige Platte 316 mit einer gewünschten Dicke ist in der Nähe des geometrischen Mittelpunkts der Stegwelle 314 vorgesehen. Es ist anzumerken, dass bei gewissen Ausführungsformen die gewünschte Dicke (Breite) der scheibenförmigen Platte ungefähr 0,5–0,75 Zoll beträgt.
Die Platte 316 enthält Gewindebohrungen 317 zum Aufnehmen von Auswuchtgewichten 318, die während eines Auswuchtvorgangs vorgesehen werden. Es ist leicht einzusehen, dass für jedes Auswuchtgewicht 318 ein Befestigungselement 309 durch eine gebohrte Öffnung des jeweiligen Gewichts und eine Gewindebohrung 317 der Platte 316 hindurch eingeführt wird.
Wie in dargestellt, wird das Befestigungselement 309 mit einem Befestigungs-Sicherungselements 321 wie etwa einer Mutter gesichert.
ist eine schematische Darstellung einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei Anwendung auf eine geschweißte Stegwelle 419. Wie in dargestellt, sind in Längsrichtung angeordnete rechteckige Stäbe 420 an vorgegebenen Positionen an eine Welle mit kreisförmigem Querschnitt 423 angeschweißt, um eine Stegwelle 419 zur Verfügung zu stellen. In der Nähe des geometrischen Mittelpunkts der Welle 419 sind zusätzliche rechteckige Stäbe 421 zwischen die in Längsrichtung angeordneten rechteckigen Stäben 420 geschweißt.
Wie in dargestellt, enthalten die in Längsrichtung angeordneten rechteckigen Stäbe 420, die sich von der Welle mit kreisförmigem Querschnitt 423 weg erstrecken, mit Innengewinden versehene Öffnungen zum Aufnehmen von Auswuchtgewichten 418, die während des Auswuchtvorgangs vorgesehen werden. Es ist leicht einzusehen, dass für jedes Auswuchtgewicht 418 ein Befestigungselement 409 durch eine Öffnung des jeweiligen Gewichts und eine mit einem Innengewinde versehene Öffnung der rechteckigen Stäbe 421 hindurch eingeführt wird. Das Befestigungselement 409 wird mit einem Befestigungs-Sicherungselement 422 wie etwa einer Mutter gesichert.
ist eine beispielhafte Ausführungsform des herkömmlichen Prozesses einer erzeugten Ausgabe 500, die das erforderliche Gewicht und die Position für die Anbringung von Gewichten zum Auswuchten einer Rotorbaugruppe angibt. zeigt, dass auf Ebene 1 ein Gewicht von 17,6 Gramm in einer Position von 306 Gradangebracht werden muss, während auf Ebene 2 ein Gewicht von 22,7 Gramm bei 46 Grad angebracht werden muss.
Es ist zu beachten, dass nur an einem Teil der Öffnungen der Lamellen Gewichte befestigt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird jedoch verstehen, dass das Schließen kleiner Öffnungen den Betrieb der Rotorbaugruppe nicht beeinflusst.

Claims

System zum integrierten in der Mittelebene erfolgenden Auswuchten einer rotierenden elektrischen Vorrichtung, welches umfasst: einen Rotor; eine Stegwelle, die innerhalb des Rotors vorgesehen ist; eine Scheibe, die als eine Mittelebene in einem ungefähren geometrischen Mittelpunkt der Stegwelle gefräst ist; und ein Gewicht, das an der Scheibe befestigt ist, zum Auswuchten der rotierenden Vorrichtung.
System nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: eine Lamelle, die um die Stegwelle und die Scheibe herum aufgeschrumpft ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Scheibe eine Öffnung zum Sichern des Gewichts enthält.
System nach Anspruch 1, welches ferner ein Befestigungselement zum Sichern des Gewichts durch eine Öffnung des Gewichts und eine Öffnung der Scheibe hindurch umfasst.
System zum integrierten in der Mittelebene erfolgenden Auswuchten einer rotierenden elektrischen Vorrichtung, welches umfasst: einen Rotor; eine Welle, die innerhalb des Rotors vorgesehen ist; eine Vielzahl von in Längsrichtung angeordneten Stäben, die an vorgegebenen Positionen an die Welle angeschweißt sind und sich von ihr weg erstrecken; eine Traverse, die in einer Position in der Nähe des geometrischen Mittelpunktes der Welle zwischen jedem Paar der Vielzahl von in Längsrichtung angeordneten Stäben geschweißt ist; und ein Gewicht, das an der Traverse befestigt ist, zum Auswuchten der rotierenden Vorrichtung.