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 41 ^st 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 U _M RF, 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 I _E M 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 U _M RF 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 cp _u 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 <p _c = + 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 ( cp _c ) = I for 0 < <5 _c < 120, Ausgangsachse a

I I for 120 < Vr ₀ < 240, Ausgangsachse b (1.1)

III for 240 < cp _c < 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 <p _d zwischen dem Winkel der Korrekturmasse cp _c 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:

Für eine Korrekturmasse in einem ersten Segment können die Komponenten u Ί und u ₂ 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 u ₂ 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 / _E M 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, m _ax 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 u _Sta n = 255 g mm (Amplitude) bei einem Winkel von cp _u ,start = 262° (Phasenlage) und einer resultierenden Un wucht u _En d = 2.34 g mm bei einem Winkel von cp _u ,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.