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Elektroantriebe

Auswuchtoptimierte Konstruktion von Elektroankern

| Autor/ Redakteur: Andreas Buschbeck / Stefanie Michel

Neue Elektroantriebe weisen stetig steigende Umdrehungszahlen auf – bei eher kleineren Baugrößen. Deshalb wird eine auswuchtoptimierten Konstruktion von Elektroankern immer wichtiger werden. Dann sind die Anker schwingungs- und geräuscharm.

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Gerade im Hinblick auf die Elektromobilität und die damit verbundenen stetig steigenden Umdrehungszahlen wird eine auswucht­optimierte Konstruktion von Elektroankern immer wichtiger.
Gerade im Hinblick auf die Elektromobilität und die damit verbundenen stetig steigenden Umdrehungszahlen wird eine auswucht­optimierte Konstruktion von Elektroankern immer wichtiger.
(Bild: Schenck Rotec)

Immer bessere Reichweiten und Leistungswerte von Elektroaggregaten, eine steigende Akzeptanz bei den Verbrauchern und verschärfte Umweltauflagen für Verbrennungsmotoren – Elektroantriebe sind auf dem Vormarsch. Das ist besonders am Beispiel von Elektroautos zu erkennen: Allein in Deutschland wuchs 2019 deren Bestand um ein Drittel auf 83.200 Fahrzeuge, ein Plus von 29.000 Einheiten im Vergleich zum Vorjahr (Quelle: Statista). Tendenz weiter steigend.

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Bei der Produktion der Antriebe müssen die Hersteller heutzutage einen Spagat zwischen Baugröße und hoher Leistung meistern. Das führt dazu, dass man die Elektromotoren kleiner baut und Leistung über höhere Geschwindigkeiten der Rotoren ermöglicht. Daher liegen Elektroantriebe aktuell zwischen 12.000 und 25.000 min-1. Zukünftig sind höhere Drehzahlen absehbar.

Für schwingungs- und geräuscharme Elektroanker

Im Zuge dieser Entwicklung – hin zu stetig steigenden Umdrehungszahlen moderner E-Drives – wird der auswuchtoptimierten Konstruktion von Elektroankern eine immer größere Bedeutung zugemessen. Eine solche Konstruktionsweise führt dazu, dass Elektroanker der Synchron-, Asynchron- und Gleichstrommotoren für Hybrid- oder E-Fahrzeuge schwingungs- und geräuscharm sind sowie eine maximale Lebensdauer erreichen. Für einen Auswuchtprozess sind drei wesentliche Merkmale vorab zu klären:

  • die zu erwartende Ur-Unwucht des Rotors,
  • die zulässige Restunwucht,
  • die zeitliche Länge des Auswuchtprozesses (inklusive Ausgleich).

Von der Konstruktion, insbesondere bezüglich seiner geometrischen Tolerierung, muss der Rotor so ausgelegt sein, dass er den zu erwartenden Ur-Unwucht-Bereich nicht übersteigt. Die Restunwucht ist aufgrund einer Gütestufeneinteilung festgelegt.

Diese Einteilung unterliegt der Norm ISO 21940-11 und ist ein Maß für die zulässige Restunwucht des Rotors pro Kilogramm seines Gewichts. Wenn beispielsweise bei einer gegebenen Gütestufe die Betriebsdrehzahl steigt, fordert das bereits eine geringere zulässige Restunwucht. Zudem muss der Ausgleich geplant werden, der in der Fertigung prinzipiell unterschiedlich ausgeführt werden kann. Zum einen kann das an ausgewiesenen Stellen über Materialabtrag – Bohren, Fräsen, Schleifen – erfolgen. Hierzu ist zum Ausgleich durch Masseabtrag allerdings eine gewisse Opfermasse erforderlich, die abgetragen werden darf, ohne die Funktionalität des Rotors zu beeinträchtigen. Zum anderen kann der Anwender entsprechend gegenüberliegend der Unwucht eine Masse aufbringen und dabei auf die Opfermasse zum Masseabtrag verzichten. Aktuell hat sich hierbei das Eindrücken von Passstiften in vorbereitete Bohrungen am Paket des Elektrorotors etabliert.

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