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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Qualitätsüberprüfung eines Rotors sowie eine Prüfvorrichtung für eine Qualitätsüberprüfung eines Rotors.
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Es ist bekannt, dass Rotoren für elektrische Maschinen einer Eingangskontrolle unterzogen werden müssen. Diese Eingangskontrolle bezieht sich dabei auf das Ausgleichen von mechanischen und fertigungsbedingten Unwuchten des Rotors. Werden diese nicht ausgeglichen durch ein entsprechendes Auswuchtverfahren, kann dies zu Geräuschentwicklung und erhöhtem Verschleiß in entsprechenden Lagervorrichtungen der elektrischen Maschine führen. Bei den bekannten Lösungen findet dabei üblicherweise bei der Wareneingangskontrolle ein Auswuchtverfahren statt, bei welchem die mechanische Unwucht eines Rotors der elektrischen Maschine bestimmt wird und anschließend mithilfe von einer Umverteilung des Gewichts diese Unwucht ausgeglichen wird. Dabei kann die Unwucht sowohl durch das Hinzufügen als auch durch das Entfernen von Material am Rotor zur Verfügung ausgeglichen werden.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es jedoch, dass sie sich im Wesentlichen ausschließlich auf die mechanische Unwucht fokussieren. Jedoch ist bei elektrischen Maschinen auch von einer elektrischen Unwucht auszugehen. Diese elektrische Unwucht bzw. auch magnetische Unwucht rührt von unterschiedlichen Magnetisierungsgraden der Permanentmagneten des Rotors her. So kann dies dazu führen, dass unterschiedliche magnetische Flussdichten im Einsatz des Rotors trotz eines exakt mechanisch ausgewuchteten Rotors zu einem Unwuchtverhalten bzw. zu einem nicht ausgewuchteten Rotationsverhalten des Rotors bei der Verwendung in der elektrischen Maschine führen können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise das Laufverhalten eines Rotors in einer elektrischen Maschine zu verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Prüfvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren für die Qualitätsüberprüfung eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Fahrzeug, vorgesehen, aufweisend die folgenden Schritte:
- - Einsetzen des Rotors in eine Prüfposition in einer Prüfvorrichtung,
- - Magnetisieren des Rotors,
- - rotatorisches Antreiben des Rotors in der Prüfposition,
- - Durchführung eines mechanischen Auswuchtvorgangs für den Rotor,
- - Bestimmen des magnetischen Feldes des Rotors in der Prüfposition während der Rotation.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren basiert also grundsätzlich auf den bekannten Lösungen für die Wareneingangskontrolle eines Rotors. Es soll durchgeführt werden für Rotoren von elektrischen Maschinen, insbesondere von elektrischen Antrieben, welche für elektrisch angetriebene oder elektrisch teilangetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden können. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es dabei, dass die Qualitätsüberprüfung kombiniert wird mit bereits vorhandenen Qualitätsüberprüfungen aus mechanischem Blickwinkel. So ist ein Schritt des Qualitätsüberprüfungsverfahrens die Durchführung eines mechanischen Auswuchtvorgangs, vorzugsweise in ähnlicher oder identischer Weise, wie dies bereits bekannt ist. Jedoch wurde nun erfindungsgemäß dieser bereits grundsätzlich bekannte mechanische Auswuchtvorgang mit einer weiteren Qualitätsüberprüfung kombiniert. Dabei handelt es sich um die Bestimmung des magnetischen Feldes des Rotors, während dieser sich in der Prüfposition und in rotatorisch angetriebener Situation befindet. Mit anderen Worten wird nun in einer einzigen Prüfvorrichtung eine doppelte Überprüfung sowohl hinsichtlich einer mechanischen Unwucht als auch hinsichtlich einer magnetischen Unwucht möglich.
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Durch die Kombination von zwei Prüfzielen in einer einzigen Prüfvorrichtung und in einem einzigen Prüfverfahren zur Qualitätsüberprüfung wird eine Vielzahl von Vorteilen erzielbar. Zum einen kann durch die Kombination eine Reduktion der Komplexität erzielt werden, da mehrere Schritte in einem einzigen Verfahrensablauf und in einer einzigen Prüfvorrichtung zusammengefasst werden. Dies führt auch dazu, dass der Zeitbedarf für die Durchführung der Qualitätsüberprüfung deutlich reduziert werden kann. Nicht zuletzt wird auch der Kostenaufwand reduziert, da eine separate Überprüfung mit separaten Vorrichtungen für die Bestimmung des magnetischen Feldes nicht bzw. nicht mehr notwendig ist.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist insbesondere auch die Magnetisierung des Rotors zur Verfügung stellbar. Das Magnetisieren des Rotors kann dabei sowohl vor dem Einsetzen als auch zeitlich nach dem Einsetzen des Rotors in die Prüfposition erfolgen. Bevorzugt ist es, wie dies später noch erläutert wird, wenn der Schritt des Magnetisierens nach dem Einsetzen erfolgt, wenn sich der Rotor bereits in der Prüfposition innerhalb der Prüfvorrichtung befindet. Auch dies reduziert die Gesamtkomplexität des Vorgangs für die Qualitätsüberprüfung weiter.
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Für die Bestimmung des magnetischen Feldes des Rotors können Sensorvorrichtungen, insbesondere mit wenigstens einem einzelnen Sensor, eingesetzt werden. Beispielsweise sind als einzelne Sensoren sogenannte Teslameter denkbar, welche das magnetische Feld bestimmen können. Dabei sind sowohl großflächige Sensorvorrichtungen mit einzelnen Sensorarrays denkbar, welche auf einmal das komplette magnetische Feld des Rotors erfassen können, als auch eine kleinere Ausführungsform, welche teilmagnetische Felder des Rotors in dessen Umfangsrichtung und/oder in dessen axialer Erstreckungsrichtung erfassen können. Auch eine bewegbare Positionierung solcher einzelnen Sensoren der Sensorvorrichtung ist, wie dies später noch erläutert wird, denkbar. Das magnetische Feld kann dabei sowohl manuell, teilautomatisch, als auch vollautomatisch bestimmbar sein. Insbesondere erfolgt dies in Kombination mit dem rotatorischen Antreiben, so dass sich während der Bestimmung des magnetischen Feldes der Rotor in einer Rotationsbewegung befindet. Dabei kann eine zeitliche Korrelation mit dem tatsächlichen mechanischen Auswuchtvorgang bestehen, so dass insbesondere zeitlich parallel und/oder zeitlich teilparallel zu dem mechanischen Auswuchtvorgang auch der Bestimmungsvorgang des magnetischen Feldes stattfinden kann.
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Beim Bestimmen des magnetischen Feldes werden Sensorsignale erzeugt, aus welchen Rückschluss auf das jeweilige vorhandene magnetische Feld, welches bestimmt worden ist, gezogen werden können. Diese Sensorsignale sind vorzugsweise korreliert bzw. synchronisiert mit der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors in der Prüfposition, also mit entsprechenden Steuer- oder Regelsignalen der Antriebsvorrichtung für den rotatorischen Antrieb des Rotors.
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Im Ergebnis wird nun neben einer mechanischen Auswuchtlösung auch eine magnetische Auswuchtlösung zur Verfügung gestellt. Die Information aus den bestimmten magnetischen Feldern kann dabei insbesondere in zweierlei Hinsicht eingesetzt werden. Zum einen ist es denkbar, dass vordefinierte Grenzwerte vorgesehen sind, mit welchen die bestimmten magnetischen Felder des Rotors verglichen werden. Dabei ist zu unterscheiden zwischen Absolutwerten und Streuungsbreiten. So kann ein Qualitätskriterium sein, dass das bestimmte magnetische Feld unterhalb einer Maximalgrenze und oberhalb einer Minimalgrenze in einem entsprechenden Korridor liegt, um die gewünschte Funktion in der elektrischen Maschine gewährleisten zu können. Hinsichtlich der bereits erläuterten magnetischen Unwucht ist es von Vorteil, wenn die Streuungsbreite über die Oberfläche des Rotors, also die Oberflächenverteilung des bestimmten magnetischen Feldes des Rotors, sich innerhalb einer maximalen Schwankungsbreite befindet. Je größer die Schwankungsbreite ist, umso stärker ändert sich auch die magnetische Flussdichte bei der Rotation des Rotors in einem permanenten Magnetfeld.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt des Magnetisierens des Rotors in der Prüfposition erfolgt. Wie es bereits erläutert worden ist, befindet sich der Rotor in der Prüfposition innerhalb einer Prüfvorrichtung, so dass hier der Magnetisierungsvorgang besonders einfach, kostengünstig und schnell darstellbar ist. Bevorzugt ist es, wenn der Schritt des Magnetisierens mithilfe einer entsprechenden Magnetisierungsvorrichtung auch automatisch oder zumindest teilautomatisch nach dem Einsetzen des Rotors in die Prüfposition durchgeführt wird bzw. werden kann. Insbesondere korreliert die Magnetisierung des Rotors auch mit einem Antrieb des Rotors, so dass eine statische Magnetisierungsvorrichtung vorgesehen werden kann, um ein vollumfängliches Magnetisieren des Rotors mit einem entsprechenden langsamen rotatorischen Antreiben des Rotors korrelieren zu können.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das magnetische Feld des Rotors durch ein Abscannen mittels einer Sensorvorrichtung, insbesondere durch vollumfängliches Abscannen des Rotors, durchgeführt wird. Ein vollumfängliches Abscannen wird insbesondere dadurch zur Verfügung gestellt, dass sich der Rotor durch das rotatorische Antreiben um sich selbst an seiner eigenen Antriebsachse dreht. Selbstverständlich kann das Abscannen nicht nur vollumfänglich in Umfangsrichtung, sondern auch für die gesamte Oberfläche des Rotors in axialer Richtung zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere korreliert dies mit der später noch erläuterten Ausführungsform einer axialen Verschiebbarkeit der einzelnen Sensoren der Sensorvorrichtung entlang der Antriebsachse.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Bestimmung des magnetischen Feldes des Rotors in wenigstens einer der folgenden Phasen des rotatorischen Antreibens durchgeführt wird:
- - während einer Hochlaufphase
- - während einer Herunterlaufphase
- - während einer Auswuchtphase
- - während einer separaten Messphase
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Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Selbstverständlich können auch Kombinationen denkbar sein, so dass sich zum Beispiel die Bestimmung eines magnetischen Feldes über zwei oder mehr Phasen hinaus erstreckt oder auch in zwei separat voneinander ausgebildeten Phasen mehrfach durchgeführt wird. Die Hochlaufphase ist dabei der Startvorgang des rotatorischen Antreibens, während die Herunterlaufphase den Stoppvorgang bzw. Bremsvorgang des rotatorischen Antreibens des Rotors beschreibt. Die Auswuchtphase beschreibt den Teil des rotatorischen Antreibens des Rotors, in welchem der tatsächliche mechanische Auswuchtvorgang sowohl hinsichtlich seiner Messung bzw. Bestimmung als auch hinsichtlich des Auflösens dieser mechanischen Unwucht zur Verfügung gestellt wird. Selbstverständlich kann auch zusätzlich zu diesen für das mechanische Auswuchten notwendigen Antriebsphasen auch eine separate und eigenständige Messphase für die Bestimmung des magnetischen Feldes zur Verfügung gestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Durchführung des mechanischen Auswuchtvorgangs ein Negativwuchten eingesetzt wird. Unter einem Negativwuchten ist ein Vorgang zu verstehen, bei welchem eine mechanisch bestimmte Unwucht in einem Körper, in diesem Fall dem Rotor, durch das Entfernen von Material, insbesondere durch eine spanende Bearbeitung des Rotors, ausgeglichen wird. Mit anderen Worten wird eine erkannte mechanische Unwucht dadurch reduziert, dass in den Bereichen, in welchen zu viel Gewicht ist, durch entsprechenden Materialabtrag das Gewicht lokal an diesen Stellen reduziert wird. Damit unterscheidet sich das Negativwuchten von den bekannten Lösungen für das Auswuchten von Reifen bei Fahrzeugen, bei welchen entsprechende Wuchtgewichte lokal das Gewicht des auszuwuchtenden Körpers, in dem Fall der Felge bzw. des Rades, erhöhen.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Prüfvorrichtung für eine Qualitätsüberprüfung eines Rotors für eine elektrische Maschine, insbesondere mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine solche Prüfvorrichtung weist eine Magnetisierungsvorrichtung für eine Magnetisierung des Rotors sowie eine Antriebsvorrichtung mit einer Antriebsachse für ein rotatorisches Antreiben des Rotors in einer Prüfposition sowie eine Lagervorrichtung für eine rotatorische Lagerung des Rotors in der Prüfposition auf. Weiter ist eine Auswuchtvorrichtung vorgesehen für einen mechanischen Auswuchtvorgang für den Rotor. Mithilfe einer Sensorvorrichtung ist es möglich, eine Bestimmung des magnetischen Feldes des Rotors in der Prüfposition während der Rotation durchzuführen. Damit bringt eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
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Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Sensorvorrichtung zumindest einen Sensor aufweist, welcher unterhalb der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung angeordnet ist. Dabei kann sowohl ein Anordnen komplett unterhalb des Rotors in Prüfposition als auch seitlich vor bzw. hinter dem Rotor, jedoch immer noch unterhalb der Antriebsachse zur Verfügung gestellt sein. Selbstverständlich gilt dies insbesondere für alle Sensoren der Sensorvorrichtung. Sobald alle Sensoren der Sensorvorrichtung sich unterhalb der Antriebsachse der Antriebsvorrichtung befinden, wird es besonders einfach, den Rotor von der Oberseite, also von oberhalb dieser Antriebsachse, in die gewünschte Prüfposition einzubringen. Das Einsetzen wird somit vereinfacht und beschleunigt und insbesondere eine Beschädigung der Sensoren der Sensorvorrichtung vermieden bzw. ein entsprechendes Risiko reduziert.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung diese eine Kontrollvorrichtung aufweist, welche zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Auch damit werden die Vorteile erzielt, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
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Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung die Sensorvorrichtung wenigstens einen Sensor aufweist, dessen Position relativ zur Antriebsachse axial und/oder radial veränderbar ist. Eine solche Sensorvorrichtung mit dem entsprechenden Sensor ist also flexibel ausgestaltet und kann insbesondere zwei Zwecken dienen. Zum einen ist durch die relative Positionierbarkeit eine Anpassung an unterschiedliche Rotordimensionen, insbesondere unterschiedliche Rotordurchmesser, möglich, da ein radiales Verschieben des Sensors eine entsprechende Anpassung an unterschiedliche Rotordurchmesser erlaubt. Auch ist es möglich, die Sensorvorrichtung einfacher und kostengünstiger auszugestalten, da über eine axiale Verschiebung des einzelnen Sensors ein Abscannen der Oberfläche des Rotors in axialer Richtung mit nur einem oder mit weniger Sensoren möglich wird. Die entsprechende Verschiebung, also die Verschiebebewegung für die Veränderung dieser Position kann sowohl manuell durchgeführt werden als auch in automatischer oder teilautomatisch gesteuerter Weise.
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Die Prüfvorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz kann dahingehend weitergebildet werden, dass eine Kontrollvorrichtung vorgesehen ist, für eine automatische und/oder teilautomatische Positionierung des wenigstens einen Sensors der Sensorvorrichtung relativ zur Antriebsachse. Diese Kontrollvorrichtung ist insbesondere mit eigenen Positionssensoren versehen, um zu erkennen, wo sich die einzelnen Sensoren der Sensorvorrichtung befinden, und um eine Relation herzustellen zu einem eingesetzten Rotor in der Prüfposition. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die Kontrollvorrichtung mit Eingabemitteln kommuniziert, in welche manuell die Rahmenbedingungen, insbesondere die Dimensionen des zu überprüfenden Rotors vom Bedienpersonal eingegeben werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung,
- 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung während dem Einsetzen des Rotors,
- 3 die Ausführungsform der 2 nach dem Einsetzen des Rotors,
- 4 die Ausführungsform der 2 und 3 mit herangefahrenen Sensoren und
- 5 die Ausführungsform der 2 bis 4 mit axial bewegten Sensoren.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 10. Mit ihrer Hilfe wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Qualitätsüberprüfung durchgeführt, wie dies später noch mit Bezug auf die 2 bis 5 näher erläutert wird. Die 1 zeigt zwei Lagervorrichtungen 50, in welchen der Rotor 100 gelagert werden kann. Für einen rotatorischen Antrieb des Rotors 100 ist eine Antriebsvorrichtung 40 vorgesehen. Der Antrieb erfolgt dabei um die entsprechende Antriebsachse AA.
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Um den Rotor 100 hinsichtlich einer mechanischen Unwucht zu erkennen bzw. auszuwuchten, ist eine entsprechende Auswuchtvorrichtung 60 vorgesehen und vorzugsweise mit der Antriebsvorrichtung 40 gekoppelt. Zusätzlich ist es gemäß der Ausführungsform der Prüfvorrichtung 10 nach der 1 möglich, eine magnetische Unwucht zu erkennen. Hierfür ist über eine Kontrollvorrichtung 70 eine Sensorvorrichtung 20 vorgesehen, welche bei dieser Ausführungsform drei einzelne Sensoren 22 aufweist. Mithilfe der Sensoren 22 ist es möglich, das magnetische Feld des Rotors 100 bzw. der Oberfläche des Rotors 100 zu bestimmen und an die Kontrollvorrichtung 70 zurückzumelden. Um einen entsprechenden magnetischen Auswuchtvorgang durchführen zu können, ist es erforderlich, dass vorab der Rotor 100 magnetisiert wird. Hierfür ist in der Ausführungsform gemäß 1 eine Magnetisierungsvorrichtung 30 vorgesehen.
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Anhand der 2 bis 5 wird näher erläutert, wie ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird. Hier ist schematisch nochmals eine Prüfvorrichtung 10 dargestellt, in welche der Rotor 100 in der 2 entlang der Pfeilrichtung eingesetzt wird. In der eingesetzten Position befindet sich der Rotor 100 in einer Situation gemäß 3, also in seiner Prüfposition PP. Seine eigene Rotationsachse liegt dann koaxial mit der Antriebsachse AA der Antriebsvorrichtung 40. Nun ist es möglich über die Antriebsvorrichtung 40 einen rotatorischen Antrieb des Rotors 100 zu gewährleisten, da dieser rotatorisch durch die Lagervorrichtungen 50 an beiden Enden gelagert wird. In einem mechanischen Auswuchtvorgang kann mithilfe der Auswuchtvorrichtung 60 sowohl eine Bestimmung der mechanischen Unwucht als auch ein Ausgleich, zum Beispiel durch ein Negativwuchten, einer solchen erkannten mechanischen Unwucht zur Verfügung gestellt werden.
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Zusätzlich ist hier mithilfe der Kontrollvorrichtung 70 und der Sensorvorrichtung 20 die Überwachung einer magnetischen Unwucht durchführbar. In der 3 befinden sich die einzelnen Sensoren 22 der Sensorvorrichtung 20 noch in einer Ruheposition. Um die Bestimmung des magnetischen Feldes durchführen zu können, werden die beiden Sensoren 22 entlang der Pfeilrichtung gemäß 4 in eine Messposition bewegt, wie sie die 4 darstellt. Hier wird nun der linke Teil der Oberfläche des Rotors 100 hinsichtlich des magnetischen Feldes bestimmbar, insbesondere in Korrelation zu dem rotatorischen Antrieb mit der Antriebsvorrichtung 40. Um auch in axialer Richtung die komplette Oberfläche des Rotors 100 erfassen zu können, wird entlang der Pfeilrichtung gemäß 5 eine Bewegung der Sensoren 22 entlang dieser Pfeilrichtung durchgeführt. Diese Bewegung kann auch als Messbewegung oder Bestimmungsbewegung bezeichnet werden, so dass nun auch in axialer Richtung der Verlauf des magnetischen Feldes für die Oberfläche des Rotors 100 bestimmbar ist. Insbesondere erfolgt die Bewegung zwischen den Positionen der 4 und 5 während gleichzeitig der rotatorische Antrieb des Rotors 100 bestehen bleibt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Erfindung, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
