DE102009054103A1

DE102009054103A1 - Verfahren zum Wuchten eines Massebauteils durch CMT-Schweißen

Info

Publication number: DE102009054103A1
Application number: DE102009054103A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr.-Ing. Anders; Tobias Buban; Gerd Dipl.-Ing. Eyssele; Michael Dipl.-Ing. Grüner (FH); Ralf Dipl.-Ing. Herrmann; Martin Dipl.-Ing. Holdgruen; Hans-Peter Dipl.-Ing. Merten; Ulrich Dipl.-Ing. Schweizer; Heiko Dipl.-Ing. Steinmetz; Christian Dipl.-Ing. Zöller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-05-26
Also published as: EP2501957A1; US20120244277A1; WO2011060854A1; EP2501957B1; CN102667230A; JP2013511669A

Abstract

Es soll ein rotierendes Massebauteil mit hoher Wuchtgüte bereitgestellt werden, wobei das Wuchten möglichst automatisiert und ohne Spanbildung durchgeführt werden soll. Hierzu wird ein Verfahren zum Wuchten eines rotierenden Massebauteils, insbesondere eines Rotors (1) durch Auftragsschweißen von Schweißpunkten auf das Massebauteil bereitgestellt, womit dessen Massesymmetrie bzgl. der Rotationsachse verbessert wird. Das Auftragsschweißen erfolgt durch Kalt-Metall-Transfer-Schweißen insbesondere von einer Vielzahl einzelner Massepunkte (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wuchten eines rotierenden Massebauteils durch Auftragsschweißen von Schweißpunkten auf das Massebauteil, womit dessen Massensymmetrie bezüglich der Rotationsachse verbessert wird.
Schnell rotierende Bauteile benötigen nach ihrer Fertigstellung eine präzise Wuchtung für einen ruhigen Lauf bzw. zur Vermeidung von Schwingungen und Vibrationen. Nur somit kann der erforderliche Komfort insbesondere bei Kfz-Antrieben und die gewünschte Lebensdauer der Bauteile und Anbauteile erreicht werden.
Für Elektromotoren von Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden häufig besonders hohe Wuchtgüten gefordert. Zur Erreichung dieser Wuchtgüten ist es erforderlich, beim Wuchtvorgang die jeweils bestimmte Masse flexibel hinsichtlich Ort und exakt dosiert hinsichtlich Masse aufzubringen bzw. zu entfernen.
Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Verfahrensvarianten für das Wuchten: Die erste Variante besteht in dem „Negativwuchten”, bei dem gezielt Masse entfernt wird. Die zweite Variante besteht in dem „Positivwuchten”, bei dem gezielt Masse hinzugefügt wird.
Zur Erzielung besonders hoher Wuchtgüten wird üblicherweise das Negativwuchten beispielsweise mittels Bohren eingesetzt. Durch die Bestimmung der Bohrtiefe sowie Anzahl oder Durchmesser der Bohrungen ist man in der Lage, voll automatisiert, flexibel und präzise auf die Belange jeder einzelnen Wuchtung zu reagieren.
Der Nachteil des Negativwuchtens ist jedoch, dass konstruktiv genügend Material zum Abtragen vorgehalten werden muss. Außerdem führt das Negativwuchten zu einer Bauteilschwächung an den abzutragenden Stellen und zu Spanbildung. Verschmutzungen wie Späne können gerade bei elektrischen Maschinen zu Funktionsbeeinträchtigungen führen, was einen sehr aufwendigen und sorgfältigen Fertigungsprozess erfordert.
Beim Positivwuchten ist bislang zur Erzielung hoher Wuchtgüten ein deutlich größerer Aufwand notwendig. Das Positivwuchten kann durch mehrere Verfahren ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Aufschweißen von Wuchtplättchen erfolgen. Dies gelingt z. B. mittels Widerstands- oder Laserschweißen. Nachteilig dran ist, dass eine sehr große Variantenvielfalt hinsichtlich Gewicht der Plättchen und eine spezielle Handhabung der Wuchtplättchen notwendig ist.
Darüber hinaus ist ein positives Wuchten durch Auftragsschweißen mittels konventionellem MIG/MAG-Schweißen möglich. Gemäß der Druckschrift EP 01 704 014 A1 sind unterschiedliche Schweißprozesse miteinander kombinierbar. Als ein Schweißprozess ist neben MIG/MAG auch ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess genannt.
Darüber hinaus können zum positiven Wuchten auch Wuchtplättchen aufgeklebt werden, oder es kann Klebstoff dosiert aufgebracht werden. Nachteilig an diesen aufgetragenen Massen ist jedoch deren rasche Alterung, geringe Dichte und Beständigkeit gegenüber Ölen, Fetten und Kraftstoffen.
Aus der Druckschrift EP 01 850 998 A1 ist ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Schweißgeräts und ein Schweißgerät bekannt. Das Schweißgerät besitzt einen Schweißdraht, wobei nach dem Zünden eines Lichtbogens ein Kalt-Metall-Transfer-Schweißprozess (CMT) durchgeführt wird, bei dem der Schweißdraht bis zur Berührung mit dem Werkstück in Richtung des Werkstücks gefördert wird. Anschließend wird nach Bildung eines Kurzschlusses während einer Kurzschlussphase die Drahtförderrichtung umgekehrt und der Schweißdraht wird bis zum Aufbrechen des Kurzschlusses vom Werkstück wegbewegt. Der Stromfluss für den Schweißstrom wird dabei derart geregelt, dass während einer Lichtbogenphase eine Anschmelzung des Schweißdrahts, also eine Tropfenbildung, erfolgt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Wuchten eines rotierenden Massebauteils ohne Spanbildung und ohne Bauteilschwächung mit möglichst hoher Wuchtgüte und hohem Automatisierungsgrad zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit bereitgestellt ein Verfahren zum Wuchten eines rotierenden Massebauteils durch Auftragsschweißen von Schweißpunkten auf das Massebauteil, womit dessen Massesymmetrie bezüglich der Rotationsachse verbessert wird, wobei das Auftragsschweißen durch Kalt-Metall-Transfer-Schweißen erfolgt.
In vorteilhafter Weise ist somit ein sehr flexibel einsetzbares positives Wuchten möglich. Das Kalt-Metall-Transfer-Schweißen (CMT) ist ferner sehr gut automatisierbar, denn die aufzubringende Masse und die Lage der einzelnen Schweißpunkte lässt sich sehr gut automatisch berechnen. Darüber hinaus lässt sich mit dem CMT-Schweißen eine besonders hohe Wuchtgüte erzielen. Weitere Vorteile bestehen darin, dass es bei dem CMT-Schweißverfahren zu keiner Spanbildung kommt und außerdem keine Bauteilschwächung eintritt. Insbesondere ist aber auch kein Material vorzuhalten, wie bei negativem Wuchten, sodass es insgesamt zu einer Gewichtsersparnis kommt.
Vorzugsweise lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Rotor eines Elektromotors als rotierendes Massebauteil einsetzen. Insbesondere kann der Elektromotor ein Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug sein. Ferner ist es günstig, wenn eine für das Wuchten notwendige Masse durch eine Vielzahl von einzelnen Massepunkten aufgeschweißt wird. Hierbei kann die Anzahl und Lage der einzelnen Massepunkte automatisch bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Rotor für negatives Wuchten gemäß dem Stand der Technik;
2 einen positiv gewuchteten Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung und
3 den Rotor von 2 in einer anderen Ansicht.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Zunächst wird jedoch zum besseren Verständnis der Erfindung anhand von 1 ein bekanntes, negatives Wuchtverfahren näher erläutert.
1 zeigt einen Rotor 1 eines Elektromotors für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Der Rotor 1 besitzt hier an beiden axialen Enden der Magentanordnung 2 jeweils einen Wuchtring 3. Beim Wuchten werden Stellen an den Wuchtringen 3 ermittelt, an denen Material aus den Wuchtringen 3 durch Bohren herausgenommen werden kann. Hierbei wird nicht nur die Lage etwaiger Bohrungen, sondern auch deren Anzahl und/oder Größe bestimmt. Wie bereits einleitend erwähnt wurde, hat das negative Wuchten den Nachteil, dass zunächst Wuchtringe 3 auf den Rotor 1 aufzubringen sind, d. h. auf dem Massebauteil entsprechende Masse vorzuhalten ist. Dies führt zu einer erheblichen Gewichtszunahme. Wird dann das vorgehaltene Material, hier die Wuchtringe 3, beim Wuchten stark angebohrt, so führt dies zu einer unter Umständen gefährlichen Bauteilschwächung.
Aus den oben genannten Gründen wird daher ein positives Wuchten mittels geregelter CMT-Schweißtechnologie vorgeschlagen. Dabei wird gerade diejenige Masse, auf das Massebauteil aufgebracht, die zum Wuchten notwendig ist. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber dem negativen Wuchten.
Bei der geregelten CMT-Schweißtechnologie besteht die Möglichkeit, definierte Massenpunkte im gewünschten Volumen aufzuschweißen. In den 2 und 3 sind auf dem Rotor 1 jeweils Felder 4 mit aufgeschweißten Massepunkten zu erkennen. Diese Felder 4 können an allen geeigneten Stellen des Rotors 1, insbesondere des Rotorträgers, ausgebildet sein. In dem Beispiel der 2 und 3 befindet sich ein solches Feld 4 mit Massenpunkten an einer Außenumfangsfläche und ein anderes Feld 4 an der Stirnseite des Rotors 1.
Je nach erforderlichem Gewicht kann die jeweilige Anzahl der Massenpunkte in der entsprechenden Lage aufgetragen werden. Aufgrund der Flexibilität hinsichtlich Anzahl der Massenpunkte und deren Ort ist eine Automatisierbarkeit sehr gut durchführbar. Durch die kleinen Massenpunkte, die bei der CMT-Schweißtechnologie erreicht werden können, lässt sich außerdem eine sehr hohe Wuchtgüte erzielen. Die Wärmeeinbringung bei dem CMT-Schweißprozess ist darüber hinaus im Vergleich zum konventionellen MIG/MAG-Schweißen sehr gering. Somit lässt sich beispielsweise ein sehr schwingungsarmer Elektromotor mit hoher Lebensdauer der Bauteile realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 01704014 A1 [0008]
EP 01850998 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Wuchten eines rotierenden Massebauteils (1) durch – Auftragsschweißen von Schweißpunkten auf das Massebauteil (1), womit dessen Massesymmetrie bezüglich der Rotationsachse verbessert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – das Auftragsschweißen durch Kalt-Metall-Transfer-Schweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Massebauteil (1) ein Rotor eines Elektromotors ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine für das Wuchten notwendige Masse durch eine Vielzahl an einzelnen Massepunkten (4) aufgeschweißt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und Lage der einzelnen Massepunkte automatisch bestimmt werden.