CH622346A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen und Auswuchten rotierender Körper, insbesondere zum Überwachen und Auswuchten von Schleifscheiben während der Rotation. Für viele Bearbeitungsmaschinen mit rotierendem Werkzeug, vornehmlich aber bei Schleifmaschinen, ist eine genaue Auswuchtimg des rotierenden Systems von grosser Bedeutung. Bei Schleifmaschinen wird sich eine unausgewuchtete Schleifscheibe unrund bewegen, und dies zeichnet sich auf der geschliffenen Oberfläche des Werkstückes ab. Für feinste und gleichmässigste Schliffe ist deshalb ein genaues Auswuchten der Schleifscheibe unerlässlich. Da die Schleifscheiben durch die Abnutzung unwuchtig werden, ist eine ständige Überwachung der Vibrationen vorteilhaft. Sobald letztere ein gewisses toleriertes Mass überschreiten, ist ein erneutes Auswuchten notwendig. Zur Beseitigung der Unwucht sind in diesem Zusammenhang bereits Schleifmaschinen bekannt geworden, die eingebaute Mittel zum Feststellen der Unwucht nach Grösse und Winkellage aufweisen; bei stillstehender Maschine kann dann auf bekannte Art mit Hilfe von verstellbaren Gegengewichten die Unwucht kompensiert werden. Dieser Korrekturvorgang muss oft mehrere Male wiederholt werden, was sehr unliebsame Betriebsunterbrüche zur Folge hat. Die stationäre Auswuchtung erweist sich oft für den Betrieb als zu ungenau, da oft auch noch dynamische Kräfte und Verlagerung mitspielen, die nur während dem Betrieb auftreten.

Weiter sind sogar Schleifmaschinen bekannt geworden, die mit allerdings verhältnismässig grossem Aufwand während des Laufes der Maschine ein Auswuchten ermöglichen. Zu diesem Zweck können Gewichte innerhalb des Schleifscheibenflansches verstellt werden, bis die Unwucht ausgeglichen ist. Es sind komplizierte Anordnungen zur selbsttätigen Auswuchtung bekannt, bei denen solche Gewichte automatisch je nach vorhandener Unwucht verstellt werden.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber mit verhältnismässig einfachen Mitteln ein Überwachen und Auswuchten bei in Betrieb stehender Schleifscheibe bzw. am rotierenden Körper durchzuführen, und zwar durch einfaches Abtragen von Material. Dabei kann die Vorrichtung aus einem fest auf der Maschine montierten Überwachungsteil und einem tragbaren Auswuchtteil bestehen, oder es können beide Teile fest oder tragbar ausgebildet sein.

Die Erfindung beschränkt sich aber nicht nur auf die Anwendung bei Schleifmaschinen; ebenso geeignet ist sie für alle Arten von Auswuchtmaschinen. Bei solchen Maschinen wurde bisher der auszuwuchtende Rotor auf eine speziell gelagerte Welle montiert und in Rotation gebracht. Dabei wird die Unwucht mit bekannten Mitteln in bezug auf Lage und Grösse festgestellt. Durch Ausspannen des Rotors und Wegbohren wird die Unwuchtmasse schrittweise entfernt, bis schlussendlich keine Unwucht mehr angezeigt wird. Dieser Vorgang bedingt mehrere Operationen und verlangt zudem beträchtliche Spezialkenntnisse, wodurch der ganze Vorgang sehr teuer wird. In dem Auswuchtverfahren, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist vorgesehen, in der gleichen Aufspannung im Betrieb

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fortlaufend zu messen und Material an der richtigen Stelle zu Gründen der Unfallverhütung soweit wie möglich abzudecken entfernen. So kann ein sehr rasches, billiges und einwandfreies und nur noch den Sektor der Schleifscheibe freizugeben, wo

Auswuchten gewährleistet werden, das immer durchgeführt geschliffen werden muss. Es ist dann öfters vorgekommen, dass wird, wenn es nötig ist. Zudem ist der damit erreichte Material- gerade der Sektor der Schleifscheibe, wo die Auswuchtung abtrag festigkeitsmässig wesentlich weniger ungünstig, als dies < erfolgen sollte, abgedeckt und unzugänglich war. Es ist deshalb beim üblichen Wegbohren der Fall ist. ein technisches Erfordernis, den Phasenzusammenhang zwi-

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist im Anspruch 1 ge- sehen Aufnehmerschwingung und Schwingung des Abtragwerk-

kennzeichnet. zeuges feiner abgestuft verändern zu können.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin- Die vorliegende Patentschrift beschreibt eine Neukonzep-

dung weist ein Beschleunigungsaufnehmer ein piezoelektrisches 1(1 tion des Grundgedankens der automatischen Auswuchtung, die

Element auf, dessen Ausgang zur Steuerung des Abtragwerk- schon im CH Patent 401 533 beschneben ist, wobei in dieser zeuges benützt wird. Der vom Signal gesteuerte Antrieb kann Neukonzeption hauptsächlich auf die Vereinfachung der Bedie-

zweckmässig als Schwingmagnet ausgebildet sein. Vorteilhaft nun8 Seachtet wurde"In diesem Sinne handelt es sich um eine sind Mittel vorgesehen zum Verstärken des vom Vibrationsauf- Weiterentwicklung der Erfindung, welche die Grundlage des nehmer erzeugten Signals, bevor dieses auf den Antrieb geleitet 15 atentes ~ 401 5 3 ist.

wird. Ferner können zweckmässig Mittel zur Anzeige der Am- . Damit eine Auswuchtvorrichtung den in bezug auf Emfach-plitudengrösse des erzeugten Signals vorhanden sein. Diese helt' Handlichkeit und Zuverlässigkeit hohen Ansprüchen des Anzeigemittel lassen dann jederzeit die Grösse der Unwucht Werkstattpersonals, das dann dieses Gerat bedienen muss, ge-bzw. die Wirksamkeit einer eingeleiteten Auswuchtoperation recht wlrd> er8eben sich für elne bessere Konzeption einer feststellen. Mit dem Anzeigesystem kann ein Schwellwertschal- 20 Auswuchtvorrichtung mit Abtragwerkzeug folgende neue Forter verbunden sein, der beim Überschreiten eines bestimmten erungen.

Toleranzwertes für die Vibrationen ein Warnsignal auslöst. L Abtrageinstichpunkt an der Schleifscheibe muss von 45

zu 45° verstellbar sein, wobei zweckmässigerweise der Dreh-Aus dem Stand der Technik ist eine ähnliche Auswuchtvor- winkel auf dem Phaseneinstelldrehschalter gerade dem Verrichtung bekannt und ist im Schweizer Patent 401 533 ausführ- ,5 schiebungswinkel des Abtrageinstichpunktes entspricht.

lieh beschrieben. In diesem Patent ist hauptsächlich von zwei 2. Die Abstimmung auf die Tourenzahl soll am Elektronik-Ausführungsformen die Rede, nämlich von einer fest eingebau- gerät sein, wo sich auch die Schwingungsstärkeanzeige befindet, ten Werkzeugbaugruppe und von einem Handwerkzeug. Wäh- 3 Unterbringung des Vibrationsaufnehmers und des Ab-rend bis zum Anmeldedatum der vorliegenden Erfindung eine tragwerkzeuges mit dem Kabel sowie auch dem Netzanschlussfest eingebaute Werkzeuggruppe im Handel noch nicht angebo- 30 kabel im Elektronikgerät selbst ohne Demontage der Kabel, ten wurde, ist das Handwerkzeug in einer grossen Anzahl 4 Einfache Handhabung des Gerätes. Gute Ablesbarkeit hergestellt und verkauft worden. Diese bekannte Auswuchtvor- ^es Anzeigeinstrumentes für die Unwucht in einem grossen richtung gemäss CH Patent 401 533 bedeutet schon einen be- Blickwinkel bis zu einem grossen Abstand.

trächtlichen Fortschritt gegenüber früher bekannten Auswucht- 5. Schutz der Bedienungselemente vor Schlagbeschädigung. Vorrichtungen, die entweder fest in Schleifeinrichtungen einge- 35 g Rückfläche des Instrumentes mit Abstellfüssen versehen, baut waren oder auszuwuchtende Teile in speziell eingerichtete Die Berücksichtigung dieser Anwenderwünsche führte zu Auswuchtwerkstätten gebracht werden müssten. Die Aus- einem neuen Konzept. Es handelt sich also um eine Weiterentwuchteinrichtung nach CH Patent 401 533, besonders das Aus- wicklung einer schon existierenden Erfindung, der das Schweiwuchthandwerkzeug, konnte von Maschine zu Maschine ge- zerpatent 401 533 zugrundeliegt.

bracht werden. Vibrationsaufnehmer, Antrieb und Elektronik- 40 Die in der neuen Konzeption erwünschte Phasenverstel-einheit und Kabel waren in einer speziellen Holzkiste verpackt, lungsmöglichkeit der Aufnehmerschwingung gegenüber der wie es für elektronische Geräte üblich ist. Diese obenerwähnte Schwingung des Abtragwerkzeuges ist vom elektronischen mobile Einrichtung wurde als vorteilhaft beurteilt, hatte aber Standpunkt aus gesehen ein recht schwieriges Problem und noch gewisse Nachteile, z.B. musste der Werkstattmann, der bedeutet eine aufwendige Verbesserung. An und für sich gibt es gelegentlich eine Schleifscheibe auswuchten wollte, zuerst die 45 vjeje Methoden und Schaltungen, mit denen man Phasenver-Betriebsanleitung konsultieren, um dann die Apparatur zusam- Schiebungen erzeugen kann. Die meisten beruhen darauf, dass menzuschalten und in Betrieb zu nehmen und die Auswuchtung irgend eine Weise eine zeitliche Signalverzögerung hervor-auch richtig durchzuführen. Weiter musste er eine eher kompli- gerufen wird, die bei einer festen Rotationsgeschwindigkeit des zierte Frequenzabstimmung am Vibrationsaufnehmer durchfüh- Prüflings ebenfalls eine der Zeit proportionale Winkelverschie-ren, die insofern schwierig ist, weil die Abstimmung am Vibra- 50 bUng ergibt. Ein schwieriges Problem besteht darin, dass die tionsaufnehmer selbst und dazwischen wieder Ablesungen am gleiche Auswuchtvorrichtung für Drehgeschwindigkeiten von Elektronikgerät, das anderswo plaziert ist, durchgeführt werden 600 Umdrehungen pro Minute bis 6000 Umdrehungen pro mussten, so dass die Abstimmung von einem Gerät zum ande- Minute verwendet werden soll. Ein Phasenverschiebungsglied ren hin und her erfolgte, was als mühsam empfunden wurde. jm Signalkanal, das z.B. eine Millisekunde zeitliche Signalverzö-Die Funktionsweise dieses Zungenvibrationsaufnehmers ist im 55 gerung ergibt; erzeUgt bei 600 Umdrehungen pro Sekunde Deutschen Patent 1 473 486, Spalte 6, Zeile 23 bis Spalte 7, einen Phasenverschiebungswinkel von 3,6° und bei 6000 UmZeile 8, beschrieben. Ein solches Konzept einer Auswuchtvor- drehungen pro Sekunde einen solchen von 36° . Die jeweilige richtung ist dem Personal, welches sie bedienen muss, nicht Kalibrierung des Phasenverstellungsgliedes an der Elektronik angepasst, da die Bedienung zu kompliziert ist. Das oben er- wäre von der jeweils vorhandenen Umdrehungszahl abhängig, wähnte Konzept hat auch noch einen technischen Mangel, der 60 uncj wenn man eine Phasenverschiebung einstellen wollte,

darin besteht, dass die Phasenbeziehung zwischen Aufnehmer- müsste man zuerst die jeweils gültige Eichung des Phaseneinschwingung und Schwingung des Abtragwerkzeuges durch Um- Stellschalters berücksichtigen und dann die gewünschte Verstel-polung mittels eines Schalters nur um 180° verändert werden jung ausrechnen. Diese wäre sicher nicht im Sinne einer einfa-kann. Der Anwender dieser erwähnten Auswuchtvorrichtung cjjen Bedienungsphilosophie.

musste an der Schleifscheibe suchen, in welchem Sektor der fi5

Schleifscheibe Material abgetragen werden muss, damit eine Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird eine Phasenfang-

Auswuchtung überhaupt stattfand. Neuerdings haben die Schaltung (in der technischen Literatur findet man ebenfalls die

Schleifmaschinenhersteller die Tendenz, die Schleifscheiben aus «Bezeichnungen Phasenverriegelungsschaltung oder «phase

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locked loop») mit Frequenzvervielfachung angewendet. Dies Erzeugung von Phasenverschiebungen ist nicht die Anwendung, erlaubt im ganzen Tourenzahlbereich, völlig unabhängig von für die diese Bausteine eigentlich vorgesehen sind, sondern ist der Tourenzahl, die Phasenverschiebung an einem Schalter eher eine anomale Anwendung dieser Bausteine. Die Anwen-

einzustellen. Mit dieser Schaltung ist es möglich, unabhängig dung dieser Phasenfangschaltung in der Konzeption eines sol-von der Umdrehungszahl jede Umdrehungsperiode des Rota- 5 chen Auswuchthandwerkzeuges dagegen ist neu. Sie ist beson-tionskörpers in n aufeinanderfolgende Teilperioden aufzuteilen, ders vorteilhaft, weil sie billige Bausteine verwendet, die an und die alle in einer starren, aber unterschiedlichen Phasenbezie- für sich für andere Massenanwendungen gedacht sind und man hung zu den Nulldurchgängen des Aufnehmersignales stehen. es also erreicht, für wenig Geld viel und relativ komplizierte Für den Fall der Schleifscheibenauswuchtung mit einem Hand- Elektronik zusammenzustellen, die einen hohen Bedienungswerkzeug ist es zweckmässig, n=8 zu wählen, d.h., dass Phasen- 10 komfort ermöglichen, was bei der Bedienung dieses Handwerkverschiebungsschritte von 45° möglich sind, und der Abtrags- zeuges notwendig ist.

einstichpunkt für das Abtragwerkzeug mit einer Ungenauigkeit Die eben beschriebene Elektronik ergibt eine Vereinfa-

von + 22,5° bis — 22,5° gegenüber dem Lagewinkel der Un- chung der Bedienung, die jedoch mit einem gewissen Aufwand wucht eingestellt werden kann. Erfahrungsgemäss ist bis zu verbunden ist, der nicht berechtigt wäre, wenn er in der Ge-

einer Ungenauigkeit von +60° bis —60° eine Auswuchtung 15 samtheit der ganzen Auswuchteinrichtung nicht mit anderen noch möglich. Selbstverständlich wäre eine feinere Unterteilung einfacheren und billigeren Massnahmen mehr praktischer Na-durch die Wahl eines höheren n ohne weiteres möglich, jedoch tur, die ebenfalls eine Vereinfachung der Bedienung bringen, würde sich der höhere Aufwand nicht durch eine wesentlich verbunden werden könnte. Erst eine Kombination der Elektro-

bessere Auswuchtung bezahlt machen und die Bedienung würde nik mit diesen einfachen Massnahmen zu einem geschlossenen dadurch eher komplizierter. Die Phasenfangschaltung mit Fre- 20 Gesamtkonzept mit dem Ziel «Einfache Bedienung» macht sie quenzvervielfachung erzeugt nicht eine Phasenverschiebung, in- vom praktischen, insbesondere verkaufstechnischen Standpunkt dem das Aufnehmersignal einer Zeitverzögerung unterworfen her gesehen, sinnvoll. Diese Massnahmen sind: Möglichkeit, die wird, sondern sie erzeugt eine Oberschwingung, die genau das Zubehörteile und Kabel in einem Kasten unterzubringen, ohne Achtfache der Aufnehmerschwingungsfrequenz ist und sorgt die Kabel zu demontieren ; Einstellung der Tourenzahl und darüber hinaus dafür, dass die Nulldurchgänge der Aufnehmer 25 Ablesung des Unwuchtausschlages am selben Gerät; Angaben bei Nulldurchgängen der Oberschwingung übereinstimmen. Sie auf dem Instrument für die Unwuchtanzeige, ob mit dem Ak-besteht aus einem steuerbaren Oszillator, der die Oberwelle mit tuator oder den Ausgleichsgewichten auszuwuchten sei ; loga-der achtfachen Frequenz der Aufnehmerschwingung erzeugt, rithmische Skala für die Schwingamplitude mit der Möglichkeit einem binären achtfachen Frequenzteiler, der eine Rechteck- der Ablesung der Schwingung über mehrere Zehnerpotenzen Schwingung mit derselben Frequenz wie die Aufnehmerschwin- 30 ohne Umschaltung des Instrumentes ; ferner auch Anbringen gung erzeugt und einer Phasendetektorschaltung, der die Recht- einer einfachen Betriebsanleitung am Innendeckel des Elektro-eckschwingung und die Aufnehmerschwingung zugeführt wer- nikkastens. Gestaltung des Kastens in der Weise, dass die den. Diese Phasendetektorschaltung gibt je nach Phasenlage der Bedienungsorgane nicht beschädigt werden können. Rechteckschwingung gegenüber der Aufnehmerschwingung ein Die Wirkungsweise der Vorrichtung zum Auswuchten und positives oder ein negatives oder auch ein Nullsignal ab, wenn 35 Uberwachen soll an den folgenden Figuren beispielsweise näher die Phasenlage der beiden verglichenen Schwingungen überein- erläutert werden:

stimmt. Dieser Phasendetektor wird auf den steuerbaren Oszil- Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den Vibrations-

lator geführt, wo es eine Frequenzanhebung oder eine Absen- aufnehmer und die Elektronik des ganzen Konzeptes.

kung bewirkt. Der Synchronismus des Rechtecksignals gegen- Figur 2 zeigt das Rechtecksignal, das vom Schmitt-Trigger

über dem Aufnehmersignal wird dadurch gestört und es tritt 40 ZUr phase-locked-loop-Schaltung übermittelt wird.

eine Phasenverschiebung auf, die so lange andauert, bis die Figur 3 zeigt die Phasenlage der Signale, die aus phase-

Phase des Rechtecksignals mit demjenigen des Aufnehmersi- locked-loop herauskommen und die acht Signale, die auf den gnals übereinstimmt und dieser Gleichlauf der Phasen wird Ausgängen der nachgeschalteten Untersetzerschaltung er stabil gehalten. Die Phase des Rechtecksignals ist dann «gefan- scheinen.

gen». Ebenfalls die achtfache Frequenz des Oszillators liegt 45 Figur 4 zeigt die Odertorschaltung, welche die 45° -Signale, phasengleich zu der Aufnehmerschwingung, in dem Sinne, dass die aus der Untersetzerschaltung herauskommen, in 90° -Signa-jeder achte Nulldurchgang der Oberschwingung mit dem Null- le umgestaltet.

durchgang der Aufnehmerschwingung zeitlich übereinstimmt. Figur 5 zeigt die acht Signale, die wahlweise zur Betätigung

Die übrigen sieben Nulldurchgänge der Oberschwingung teilen des Abtragwerkzeuges eingestellt werden können, die Schwingungsperiode der Aufnehmerschwingung in acht Un- 50 Figur 6 zdgt den Aufbau des ganzen Gerätes.

terperioden von 45° Länge, die einzeln als Rechtecksignal von Figur 7 zeigt das Schema der Elektronik im Falle einer acht Ausgängen des Frequenzteilers abgenommen werden Unterteilung in eine Mess- und Überwachungs- und in eine kann. Diese acht Ausgänge führen zu einer Oder-Tor Kombina- Auswuchteinheit tion, die je zwei Unterperioden von 45° gegen den - zu + Figur 8 zdgt den vereinfachten Elektronikkasten der Aus-

Nulldurchgang des Aufnehmers verschoben sind. Jedes einzelne ss wuchteinheit im Falle einer Unterteilung in eine Mess- und

90°-Rechtecksignal von der Oder-Tor Kombination entnom- überwachungs- und in eine Auswuchteinheit.

men, ist auf einen Vielfachschalter geführt worden. Das ausge- Die detaillierte Funktionsweise kann anhand von Figur 1

wählte 90°-Signal steuert einen Leistungsverstärker, der zur erläutert werden

Betätigung des elektromechanischen Antriebs dient.

w, Zu Figur 1 : Eine durch Rotation einer Unwucht hervorge-Die Phasenfangschaltung ist an sich nichts Neues. Sie wird in rufene Bewegung der Unterlage des Aufnehmersystems 1 und der Elektronik als Frequenz-Synthesizer verwendet und dient Gehäuse 2 bestehenden Schwingungsaufnehmers wird vom letz-auch zur Démodulation von frequenz- oder amplitudenmodu- teren mitgemacht. Sofern die Bewegung eine Komponente in lierten Signalen. Diese Schaltung ist als integrierter Schaltkreis der Achsrichtung des Aufnehmers besitzt, entsteht am Eingang als Massenprodukt zu günstigen Preisen erhältlich. Dasselbe gilt ,,5 3 des Verstärkers 4 eine Spannungsänderung, die exponential auch für den Untersetzer, der in Zählerschaltungen, Computern mit einer Zeitkonstante von ca. 2,3 Sekunden abklingt. Die etc. vielfach Verwendung findet. Die Kombination eines sol- Spannungsänderung wird durch ein mechanisch-elektrisches chen Phasenfangschaltung mit einer Untersetzerschaltung zur Schwingungsaufnehmersystem 1, z.B. piezoelektrisches, resisti-

ves, kapazitives oder induktives System erzeugt, das auf Schwingweg, Geschwindigkeit oder Beschleunigung anspricht. Die Spannungsänderung am Eingang 3 des Vorverstärkers 4 bewirkt eine Stromänderung am Ausgang des Verstärkers. Der Verstärker 4 ist über ein abgeschirmtes Kabel 5 zwischen Verstärker 4 und Elektronikgerät 6 an die übrige Elektronik angeschlossen. Das Kabel 5 dient gleichzeitig zur Speisung des Vorverstärkers 4 im Gehäuse 2 wie auch zur Übertragung des eingeprägten Stromsignals vom Aufnehmer auf den Elektronikteil.

Nach Übertragung des Stromsignals wird das Signal zuerst auf den Strom-Spannungs-Wandlerverstärker 7 geführt, der das Stromsignal wiederum in ein Spannungssignal überführt. Die Gleichstromkomponente, die zum Betrieb des Vorverstärkers 4 nötig ist, wird mittels dem Koppelkondensator 8 abgetrennt. Im Potentiometer 9 wird das Signal abgeschwächt und die Empfindlichkeit der ganzen Schwingmesseinrichtung auf ihren Sollwert abgeglichen. Nach der ersten Integration wird das Signal im Tiefpassfilter 10 noch ein zweites Mal integriert, wodurch erreicht wird, dass aus dem beschleunigungsproportionalen Signal ein grob wegproportionales Signal entsteht. Im Diodenbegrenzer 11 werden extrem hohe Amplituden, die z.B. durch ungeschickte Handhabung des Beschleunigungsaufnehmers entstehen könnten, elektrisch abgeschnitten und die nachfolgende Elektronik vor Übersteuerung bewahrt. Nach Durchlauf des Impedanzwandlers 12 gelangt das Signal in das Bandpassfilter 13. Das Filter 13 wird genau auf die Unwuchtfrequenz, die der Vibrationsaufnehmer aufnimmt, abgestimmt und eliminiert alle fremden Signale mit anderen Frequenzen, deren Ursprung nicht in der Unwucht des auszuwuchtenden Rotationskörpers liegt. Es handelt sich um ein Wien-Brückenfilter mit einem Resonanzüberhöhungs-Q-Faktor von etwa 100. Nach dem Filter 13 verzweigen sich die Signalkanäle. Der eine läuft über Anzeigeverstärker 14 zum Messgleichrichter 15 weiter zu der Logarithmierschaltung 16 bestehend aus Diode und Widerstand und zum Anzeigeinstrument 17, wo die Unwuchtwegamplitude auf einer logarithmischen Skala angezeigt wird. Dieses Instrument 17 dient zur Kontrolle des Erfolges einer Auswuchtoperation mit dem Aktuator an einer Schleifscheibe. Der andere Signalkanal führt über den Schmitt-Trigger mit Hysterese 18 zu der Phasenfangschaltung 19. Vom Schmitt-Trigger 18 zu der Phasenfangschaltung 19 wird ein Rechtecksignal übermittelt, wie Figur 2 zeigt. Diese letztere Schaltung 19 ist im Prinzip ein Oszillator, der exakt auf einem Vielfachen f2 und gleichzeitig phasentreu zu einem eingehenden Steuersignal f 1 läuft. Eine Phasenfangschaltung mit Frequenzvervielfachung benötigt einen Frequenzteiler 20 als Ergänzung, während Phasenfang-schaltungen ohne Frequenzvervielfachung allein aus einem Phasendetektor und einem Oszillator bestehen, die als Einheit zusammengefasst im Handel erhältlich sind. Im vorliegenden Fall ist das Vielfache ein Achtfaches. Die Phasenfangschaltung

19 unterteilt eine Schwingperiode T des rechteckigen Unwuchtsignals f 1 in 8 Teilperioden von je 1/8 T (siehe Figur 3 Eingang). Diese Achtfachfrequenz f2 wird auf einen Frequenzteiler

20 geführt, der die Frequenz wieder achtfach unterteilt. Dieses unterteilte Signal (siehe Figur 3 Ausgang 1), das wieder die Frequenz f 1 des Grundsignals, Figur 2 hat, wird auf die Phasenfangschaltung 19 zurückgeführt, wo es mit dem Grundsignal Figur 2, das vom Schmitt-Trigger 18 herkommt, verglichen wird. Eilt das Signal vom Frequenzteiler 20 demjenigen vom Schmitt-Trigger 18 etwas in der Phase vor, wird die Frequenz der Phasenfangschaltung 19 etwas gesenkt. Die Phase verzögert sich etwas und wird dem Signal aus dem Schmitt-Trigger 18 angepasst. Vice versa wird ein Nachhinken durch ein Anheben der Frequenz der Phasenfangschaltung 19 ausreguliert. Auf diese Weise erhält man aus dem Frequenzteiler 20 ein Signal, das vollständig synchron und genau phasengleich mit dem Steuersignal ist, das auf dem Aufnehmersignal beruht. Der Synchro622 346

nismus und die Phasenverriegelung gelten aber auch für das Signal mit der achtfachen Frequenz und alle Unterteilungsfrequenzen, die im Frequenzteiler 20 erzeugt werden müssen. Durch Zusammensetzen der verschiedenen geeigneten Unterteilungssignale liefert der Frequenzteiler 20 schliesslich 8 Signale aus 8 verschiedenen Kanälen, welche die gleiche Frequenz f 1 wie das Steuersignal aus dem Schmitt-Trigger 18 haben, jedoch in der Phase gegen das letztere um 0° , 45° , 90° , 135° , 225° , 270° und 315° verschoben sind (siehe Figur 3). Es handelt sich um Rechtecksignale mit einer Dauer von 45° .

Mit dem Tor 21 wird durch logische Verknüpfung von zwei aufeinanderfolgenden Signalen erreicht, dass Rechtecksignale entstehen, deren Dauer genau 90° ist. Dies ist eine Signaldauer, die besonders geeignet ist, um den Antrieb 25 genügend lang, aber auch nicht zu lang, im Einstich zu halten. Mit dem Umschalter 22 kann ein Signal mit der gewünschten Phasenlage abgegriffen werden, wobei die Phasenunterschiede von Stellung zu Stellung je 45° betragen. Das eingestellte Signal wird über die Bauteile der Leistungsstufen 28-37 zum Antrieb 25 geführt, der entsprechend dem Rechtecksignal den Einstich des Abtragungswerkzeuges betätigt. Schalter 24 ermöglicht den Antrieb 25 ein- und auszuschalten. 27 ist die Stromversorgung der ganzen Elektronik. Der Schmitt-Trigger 18 besitzt zwei Funktionen. Einerseits wandelt er das streng sinoidale Signal aus dem Filter 13 in ein Rechtecksignal um, wobei die Nulldurchgänge des Sinussignals mit den Nulldurchgängen des Rechtecksignals grob übereinstimmen. Der Schmitt-Trigger hat jedoch eine gewisse Hysterese, d.h. er schaltet nicht genau beim Nulldurchgang des Sinoidalsignales, sondern das Sinoidalsignal muss zuerst ein wenig ins Positive hineinlaufen, damit der Trigger von Minus auf Plus schaltet und dann wiederum muss das Sinoidalsignal ein wenig ins Minusgebiet hineinlaufen, damit der Schmitt-Trigger wieder von Plus auf Minus zurückschaltet. Auf sehr kleine Signale, die kleiner als die Hysteresespanne sind, spricht der Schmitt-Trigger dann überhaupt nicht mehr an, wodurch vermieden wird, dass der Antrieb bei gut ausgewuchtetem Rotationskörper auf Störspannungen, die mit der Unwucht des Rotationskörpers nichts zu tun haben, anspricht und in falschen Phasenwinkeln Material von der Schleifscheibe abträgt. Wenn das Unwuchtsignal so klein geworden ist, dass die Unwuchtbewegung nur noch einem Weg 0,05 bis 0,2 (x entspricht, bleibt der Antrieb 25 stehen und die Auswuchtung ist beendet. Am Stecker 26, der mit dem Schleifer des Phasenwahlschalters 22 verbunden ist, kann ein Signal zur Triggerung eines Strobosko-pes herausgeführt werden. Mit dem Stroboskoplicht kann dann die Lage einer Unwucht auf einem Rotationskörper sichtbar gemacht werden. Die Leistungsendstufe besteht aus dem Vorverstärker 29 und dem invertierenden Vorverstärker 28, den Leistungstransistoren 30 und 31, den Leistungszenerdioden 32 und 33, den Belastungswiderständen 34 und 35 und den Beschleunigungskondensatoren 36 und 37. Das ganze System ist doppelt aufgebaut, weil im Antrieb 25 zwei Magnetspulen zur Betätigung des Abtragwerkzeuges 66 wechselweise mit Strom zu versorgen sind. Der eine Zweig mit den Komponenten 29, 30,33,35 und 37 zum Vorschub und Einstich des Werkzeuges während einem Phasenwinkel von 90° und der andere Zweig mit den Komponenten 28, 31,32,34 und 36 zum Rückzug während einem Phasenwinkel von 270° , der die Winkelsumme zu 360° ergänzt. Zweckmässigerweise werden als Steuertransistoren 32 und 33 Leistungstransistoren mit 200 V Sperrspannung verwendet. Durch die Selbstinduktion der Elektromagnetspulen des Antrieb 25 entstehen hohe Schaltspannungsspitzen, die an die Sperrfähigkeit der Leistungstransistoren 30 und 31 hohe Anforderungen stellen. Zudem werden die Spannungsspitzen mit den Leistungszenerdioden 32 und 33, die Spannungen über 100 V ableiten, stark gedämpft. Die Leistungswiderstände 34 und 35 begrenzen den Strom durch die Spulen des Antriebs 25 in der Weise, dass nicht eine zu hohe Erwärmung stattfindet.

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Da man eine schnelle Hin- und Herbewegung des Werkzeuges Schalter für die Netzspannung. 51 ist der Traggriff am Elektro-

zwischen den Anschlägen vom Antrieb 25 wünscht, sind die nikgehäuse und 52 das Typenschild. 53 ist der Steckeranschluss

Widerstände 34 und 35 mit Beschleunigungskondensatoren 36 für den Vibrationsaufnehmer, der normalerweise immer ange-

und 37 überbrückt. Die Ladestromstösse dieser Kondensatoren schlössen bleibt und nur zu Kontroll- oder Reparaturzwecken laufen über die Spulen des Aktuators 25 und geben einen 5 demontiert wird. 54 ist der Anschluss für den Aktuator, der zusätzlichen Strom und damit auch Beschleunigungskraft im immer angeschlossen bleibt. 55 ist ein Abdeckblech und 56 der

Moment, wo das Werkzeug bewegt werden muss. Die Wider- Anschluss für das Stroboskop. 57 ist die Gehäuserückwand, an stände 34 und 35 sind strommässig hoch belastet und werden der auf der Innenseite die Leistungswiderstände 34 und 35

zweckmässigerweise an der Rückwand des Gehäuses 47 (Figur befestigt sind (s. auch 57 Figur 6). Die Steuerelektronik ist auf

6) befestigt, wo diese gut gekühlt werden. u> einer Europakarte untergebracht, die leicht aus dem Gehäuse

In Figur 3 zeigt die oberste Linie das Signal, das die phase- ausbaubar ist. Die Widerstände der Leistungselektronik zur locked-loop-Schaltung 19 (Figur 1) der Frequenzteiler 20 über- Betätigung des Abtragwerkzeuges sind an der Rückwand des mittelt. Dabei ist angenommen, dass die Periode von 0 bis 360° Gehäuses angebracht, die wegen ihrer grossen Masse die anfal-dem Unwuchtgrundsignal entspreche. Die unteren Zeilen 1 bis lende Wärme leicht abführen kann. Die Konzeption ist nicht nur 8 von Figur 3 zeigen die Signale, die an den Ausgängen 1 bis 8 15 bedienungsfreundlich, sondern auch wartungs- und reparatur-der Frequenzteiler 20 erscheinen. Figur 4 ist das Schaltschema freundlich. Figur 7 zeigt das elektrische Schaltbild für den Fall, der Torschaltung 21. An deren Ausgängen Al bis A8 erschei- dass die ganze Auswuchtvorrichtung in eine Mess/Überwa-nen die Signale wie Figur 5 zeigt. Figur 6 zeigt die Anordnung chungs- und in eine Auswuchteinheit aufgespalten wird. Die des Elektronikkastens. Darin sind 38 das Anzeigeinstrument aufgespaltene Vorrichtung weist gegenüber der einheitlichen mit logarithmischer Anzeige, wo mit verschiedener Farbe die 20 Vorrichtung gemäss Figur 1 wenige Unterschiede auf. Der drei Bereiche für Grobauswuchtung, Feinauswuchtung und Aufbau des Schwingungsaufnehmers ist gleich, ausser dass er «Auswuchtung-gut» angegeben sind. 39 ist der Aktuatorschal- mit einer Schraubverbindung 60 an der zu überwachenden und ter, der 24 Figur 1 entspricht und 40 ist der Netzhauptschalter. auszuwuchtenden Maschine befestigt ist. Die Elektronik wird 41 ist der Bedienungsdrehknopf für die Tourenzahl. Der Bedie- aufgeteilt in eine Einheit 62 mit Komponenten 7 bis 16 sowie nungsdrehknopf 41 wirkt auf ein Zehngangpotentiometer. Die 25 61. Dazu kommt noch ein Grenzwertschalter 57 und eine Skalenscheibe wird über ein 10:1 Untersetzungsgetriebe vom Alarmvorrichtung 58, z.B. Licht oder Hupe. Das Anzeigeinstru-Drehknopf 41 angetrieben. 42 ist der durchdrehbare Drehschal- ment und die Alarmvorrichtung 58 werden an einer Übersichtliter für die Phasenlage zwischen Aufnehmerschwingung und chen Stelle, die vom Maschinenhersteller bestimmt wird, ange-Abtragwerkzeugschwingung mit acht Stellungen mit Drehwin- baut. Da der Mess- und Uberwachungsteil ständig arbeitet,

kein von je 45°. 43 ist der Behälter für den Antrieb 25 und 44 30 muss er einen eigenen Netzteil 61 besitzen, ferner einen Ander Aufbewahrungsraum für das Kabel zwischen Aktuator und schlussstecker zum Anschliessen des Auswuchtteils. Elektronikteil. 45 ist der Aufbewahrungsraum für den Vibra- Der Auswuchtteil 63 enthält Komponenten 18 bis 37, d.h. tionsaufnehmer mit dem Kabel. Der Vibrationsaufnehmer alles was im Überwachungsteil nicht schon vorhanden ist. Die selbst kann mit seinen Magneten am Boden des Elektronikge- Funktionsweise ist genau dieselbe wie schon bei der einheitli-häuses aufgesetzt werden. 46 ist der Deckel des Elektronikge- 35 chen Vorrichtung beschrieben. Letztere befindet sich in einem häuses mit der Kurzbetriebsanleitung, der die ganze Bedie- reduzierten Gehäuse (s. Figur 8). In diesem Gehäuse fehlen, nungsfront abdeckt und der nach oben geklappt werden kann. verglichen mit Figur 6, das Anzeigeinstrument 38, der Dreh-47 sind die drei Abstellzapfen an der Rückwand des Elektronik- knöpf 31 und der Vibrationsaufnehmer. Die Rückseite bleibt gehäuses, die auch dazu dienen, das Netzkabel aufzuwickeln. 48 gleich wie in Figur 6. Die zwei Einheiten 62 und 63 sind über ein ist das Netzkabel selbst. 49 ist die Netzsicherung, 50 der Um- 40 abgeschirmtes Kabel miteinander verbunden.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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1. Vorrichtung zum Überwachen von Unwuchtschwingun-gen und zum Auswuchten rotierender Körper während der Rotation, insbesondere für Schleifscheiben, mit einem auf der Lagerung des rotierenden Körpers angebrachten Vibrationsauf- 5 nehmer (65), der ein elektrisches Signal von sinusähnlichem Verlauf erzeugt, das der in die aus Drehachse des rotierenden Körpers und dem Vibrationsaufnehmer gebildeten Ebene fallenden Komponente der Unwuchtkraft entspricht, sowie durch einen durch dieses Signal gesteuerten elektromechanischen An- 10 trieb (25), dessen bewegter Teil ein Abtragwerkzeug (66) trägt, das bei vorhandenem Unwuchtsignal mit einer der Drehzahl des rotierenden Körpers entsprechenden Frequenz Arbeitsschwingungen ausführt und bis zum Verschwinden des Unwuchtsignals phasenrichtig bei jeder Arbeitsschwingung in demselben Win- 15 kelbereich des rotierenden Körpers von diesem Material abträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage der Schwingung des Abtragwerkzeuges gegenüber der Phasenlage des Unwuchtsignals, unabhängig von der Drehzahl, um eine beliebige Anzahl Schritte von 360° /n verschoben an einem Stufenschal- 20 ter (22) eingestellt werden kann, wobei n eine ganze Zahl > 3 bedeutet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass eine Phasenfangschaltung, bestehend aus einem Oszillator und einem Phasendetektor (19) eine Schwingung mit der n-f a- 25 chen Unwuchtfrequenz erzeugt, dass die Phasenfangschaltung (19) mit einem n-fach-Frequenzteiler (20) verbunden ist, und dass die n-fach geteilte Schwingung aus dem Frequenzteiler (20) in der Phasenfangschaltung (19) mit einem Steuersignal, das aus dem Vibrationsaufnehmer stammt, verglichen wird, und dass 30 der Unterschied dieser beiden Schwingungen die Frequenz der Phasenfangschaltung (19) in der Weise beeinflusst, dass die aus dem Frequenzteiler (20) zurückgeführte Schwingung in bezug auf Frequenz und Phase vollständig mit dem Steuersignal übereinstimmt. 35

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzteiler (20) über n Ausgänge n Signale ausgibt, deren Frequenz n-fach geteilt ist und die sich in der Phase um je 360° /n gegeneinander unterscheiden.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch ge- 40 kennzeichnet, dass n = 8 ist.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Frequenzteiler (20) eine Torschaltung (21) aus acht parallelgeschalteten ODER-Toren folgt, wobei jedes Tor zwei Dioden (z.B. D2, D3), zwei Eingänge 45 (z.B. El, E2) und einen Ausgang (z.B. AI) aufweist und zwei benachbarte Tore einen Eingang haben, das Ganze derart, dass an den Ausgängen (AI ... A8) acht 90° dauernde Rechtecksignale abnehmbar sind, die gegeneinander um je 45° phasenverschoben sind (Fig. 4,5). 50

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Vibrationsaufnehmer stammende sinoidale Unwuchtsignal von einem Schmitt-Trigger (18) mit Hysterese in ein Rechtecksignal umgewandelt wird, das zu der Phasenfangschaltung (19) geführt ist, wobei mit der einstellba- 55 ren Grösse der Hysterese die Empfindlichkeitsschwelle des Schmitt-Triggers (18) einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das vom Vibrationsaufnehmer herstammende Unwuchtsignal über ein Wien-Brücken-Filter (13) geführt ist. Mj

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wien-Brücken-Filter (13) einen Gütefaktor Q zwischen 50 und 150 hat.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Vibrationsaufnehmer stammende Un- A5 wuchtsignal nach dem Wien-Brücken-Filter (13) mit einem Anzeigeverstärker (14) verstärkt, mit einem Messgleichrichter (15) gleichgerichtet und mit einer Diodenschaltung (16) an einem Instrument (17) mit logarithmischer Charakteristik zur Anzeige gebracht wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Vibrationsaufnehmer stammende Signal beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes über einen Schwellwertschalter (57) eine Alarmvorrichtung (58) einschaltet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Signalkanal nach einem Tiefpassfilter (10) eine Begrenzerschaltung (11) mit zwei Dioden in Antiparallelschal-tung geschaltet ist.