DE10103305A1

DE10103305A1 - Balancing machine has magnetic clutch for coupling torque between electric motor and machine spindle

Info

Publication number: DE10103305A1
Application number: DE2001103305
Authority: DE
Inventors: Franz Haimer
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-01

Abstract

A magnetic clutch (23) is arranged in the rotary drive path between an electric motor (21) and the machine spindle (5). The magnetic clutch contactlessly transmits the drive torque from the electric motor to the machine spindle, at least during the unbalance detection phase.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wuchtmaschine, die es erlaubt, eine Rotations unwucht eines Gegenstands, insbesondere eines Maschinenelements, wie zum Beispiel eines rotierenden Werkzeugs oder eines Werkzeughalters, nach Winkellage und Größe zu messen und gegebenenfalls anzuzeigen.The invention relates to a balancing machine that allows a rotation unbalance of an object, in particular a machine element, such as for example a rotating tool or a tool holder, to measure according to angular position and size and, if necessary, to display it.

Herkömmliche Wuchtmaschinen, wie sie beispielsweise aus WO 00/45983, EP 0 743 511 A1 oder DE 40 37 745 A1 bekannt sind, umfassen eine an einem Maschinengestell um eine Drehachse drehbar gelagerte, an einem ihrer axialen Enden mit einer Halterung für die lösbare Befestigung des zu wuchtenden Gegenstands versehene Maschinenspindel, einen die Maschi nenspindel um die Drehachse rotierend antreibenden Elektromotor und wenigstens einen während der Rotationsbewegung auf die Maschinen spindel wirkende Unwuchtkräfte erfassenden Sensor. Die Maschinenspindel ist hierbei radial schwingfähig an dem Maschinengestell gelagert, beispiels weise in einer auch den Elektromotor tragenden, elastisch aufgehängten Hülse. Soweit der Elektromotor an der Hülse gehalten ist, ist zumeist die Maschinenspindel unmittelbar mit der Motorwelle verbunden. Der Elek tromotor kann aber auch mittels eines Riemens oder dergleichen die Ma schinenspindel antreiben, insbesondere wenn der Elektromotor stationär an einem auch die Hülse tragenden Basisrahmen des Maschinengestells an geordnet ist.Conventional balancing machines, such as those from WO 00/45983, EP 0 743 511 A1 or DE 40 37 745 A1 are known, include an a machine frame rotatably mounted about an axis of rotation, on one their axial ends with a bracket for the releasable attachment of the balancing object provided machine spindle, one the Maschi electric spindle and rotating spindle around the axis of rotation at least one during the rotational movement on the machines Sensor acting on unbalance forces acting on the spindle. The machine spindle is in this case radially oscillatable on the machine frame, for example wise in an elastically suspended, also carrying the electric motor Sleeve. As far as the electric motor is held on the sleeve, it is usually Machine spindle directly connected to the motor shaft. The elec tromotor can also use a belt or the like Ma Drive the spindle, especially when the electric motor is stationary a base frame of the machine frame which also carries the sleeve is ordered.

Zum Auswuchten von Maschinenelementen, wie zum Beispiel Rotations werkzeugen, etwa Fräsern oder Bohrern oder deren Werkzeughaltern, geeignete Wuchtmaschinen arbeiten bei sehr hohen Drehzahlen mit sehr hoher Messgenauigkeit. Wie in WO 00/45983 erläutert, bedarf es erhebli cher Überlegungen, um Einflüsse zum Beispiel der schwingfähigen Aufhängung der Maschinenspindel oder des Befestigungsmechanismus für den zu wuchtenden Gegenstand auf das Messergebnis reproduzierbar möglichst klein zu halten.For balancing machine elements, such as rotation tools, such as milling cutters or drills or their tool holders, suitable balancing machines work with very high speeds high measuring accuracy. As explained in WO 00/45983, erhebli is required Considerations about influences such as the swinging suspension the machine spindle or the fastening mechanism for the object to be balanced on the measurement result reproducible if possible to keep small.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Wuchtmaschine anzugeben, bei welcher maschinenspezifische Einflüsse auf das Unwucht-Messergebnis möglichst klein gehalten werden können.It is an object of the invention to provide a balancing machine in which machine-specific influences on the unbalance measurement result if possible can be kept small.

Die Erfindung geht aus von einer Wuchtmaschine, welche umfasst:
The invention is based on a balancing machine which comprises:

- a machine frame,
A bearing rotatably mounted on the machine frame about an axis of rotation, at one of its axial ends with a holder for the detachable Attachment of a machine to be balanced nenspindel,
- One driving the machine spindle rotating about the axis of rotation Electric motor and
- At least one during the rotational movement on the machine Sensor detecting unbalance forces.

Die vorstehend erläuterte Aufgabe wird bei einer solchen Wuchtmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Drehantriebsweg zwischen dem Elektromotor und der Maschinenspindel eine zumindest während der Un wuchterfassungsbetriebsphase das Antriebsdrehmoment von dem Elek tromotor berührungsfrei auf die Maschinenspindel übertragende Magnet kupplung angeordnet ist.The task explained above is in such a balancing machine solved according to the invention in that in the rotary drive path between the Electric motor and the machine spindle at least during the Un balancing operating phase, the drive torque from the elec tromotor contact-free magnet on the machine spindle clutch is arranged.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bereits die Rundlaufun genauigkeiten des Elektromotors, die sich aus seiner Erregung oder aus Schwingungen seines Antriebswegs ergeben, hochgenaue Unwuchtmes sungen verfälschen können, was sich nicht zuletzt auf die Reproduzier barkeit der Messung auswirkt. Die Magnetkupplung vermeidet die direkte mechanische Kopplung und erlaubt es, das Antriebsdrehmoment zumindest während der Unwuchtmessphase berührungsfrei auf die Maschinenspindel zu übertragen. Die Messgenauigkeit kann auf diese Weise merklich erhöht werden.The invention is based on the consideration that already the Rundlaufun accuracies of the electric motor resulting from its excitation or from Vibrations of its drive path result in highly precise unbalance measurements can falsify solutions, not least because of the reproducers availability of the measurement. The magnetic coupling avoids the direct mechanical coupling and allows the drive torque at least contact-free on the machine spindle during the unbalance measurement phase transferred to. The measuring accuracy can be increased significantly in this way become.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Magnetkupplung zwei um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander berührungsfrei drehbare Kupplungselemente auf, von denen wenigstens eines zumindest einen Permanentmagnet trägt, dessen Magnetfeld in radialem Abstand von der gemeinsamen Drehachse eine das jeweils andere Kupplungselement mit nehmende Kraft erzeugt und damit auf das andere Kupplungselement ein Drehmoment überträgt. Zweckmäßigerweise sind mehrere Permanentma gnete vorgesehen, die in gleichen Winkelabständen um die Drehachse herum versetzt angeordnet sind, um eine möglichst unwuchtfreie Anord nung zu schaffen.In a preferred embodiment, the magnetic coupling surrounds two a common axis of rotation can be rotated relative to one another without contact Coupling elements, at least one of which is at least one Permanent magnet carries, whose magnetic field is at a radial distance from the common axis of rotation with the other coupling element generating force and thus on the other coupling element Transmits torque. Several permanentma are expedient gnete provided that at equal angular intervals around the axis of rotation are staggered around an arrangement as unbalanced as possible creation.

Dem Permanentmagnet des einen Kupplungselements kann ein weiterer Permanentmagnet an dem anderen Kupplungselement zugeordnet sein, wobei die Magnetfelder für die Erzeugung der Mitnahmekraft miteinander verkoppelt sein können. Die Permanentmagnete der beiden Kupplungs elemente können sich hierbei in Umfangsrichtung der Kupplungselemente gleichpolig gegenüberliegen, so dass sie sich zur Erzeugung der Mitnahme kraft gegenseitig abstoßen. Die Abstoßkräfte dieses Permanentmagnet paars oder gegebenenfalls mehrerer solcher Permanentmagnetpaare sind so bemessen, dass die abstoßenden Kräfte im stationären Betrieb, also wäh rend der Unwuchtmessbetriebsphase das von den Maschinenspindellagern und vom Luftwiderstand und dergleichen erzeugte, auf die Maschinen spindel wirkende Bremsmoment kompensieren, ohne dass sich die Magnete des Paars berühren.Another can be the permanent magnet of one coupling element Permanent magnet on the other coupling element, where the magnetic fields for generating the driving force with each other can be coupled. The permanent magnets of the two clutches elements can be in the circumferential direction of the coupling elements Opposite each other so that they are used to generate entrainment repel each other by force. The repulsive forces of this permanent magnet Pair or possibly several such permanent magnet pairs are so dimensioned that the repulsive forces in stationary operation, that is During the unbalance measurement operating phase, that of the machine spindle bearings and generated by air resistance and the like on the machines Compensate braking torque acting on the spindle without the magnets of the couple.

In einer Variante der letztgenannten Ausgestaltung können die Kupplungs elemente wenigstens zwei Paare gleichpolig sich gegenüberliegenden Permanentmagnete mit, bezogen auf die Paare, einander entgegengesetzter Abstoßrichtung aufweisen, die die Kupplungselemente relativ zueinander begrenzt verdrehbar in einer Bezugsdrehstellung halten. In dieser Variante muss die Differenzkraft der beiden Permanentmagnetpaare das auf die Maschinenspindel wirkende Bremsdrehmoment überwinden, was eine besonders weiche Ankopplung des Elektromotors an die Maschinenspindel erlaubt.In a variant of the latter embodiment, the couplings elements at least two pairs of opposite poles Permanent magnets with, in relation to the pairs, opposite to each other Have repulsion direction, the coupling elements relative to each other Keep limited rotation in a reference rotational position. In this variant the differential force of the two permanent magnet pairs must be based on the Machine spindle overcoming braking torque overcome what a particularly soft coupling of the electric motor to the machine spindle allowed.

Die Permanentmagnete der beiden Kupplungselemente können sich auch ungleichpolig gegenüberliegen und sich zur Erzeugung der Mitnahmekraft also gegenseitig anziehen, wenn sie radial zur Drehachse oder/und in Richtung der Drehachse im Abstand voneinander angeordnet sind, sich also aneinander vorbeibewegen können.The permanent magnets of the two coupling elements can also opposite to each other and to generate the driving force So tighten each other if they are radial to the axis of rotation and / or in Direction of the axis of rotation are arranged at a distance from each other, that is can move past each other.

Bei den vorstehend erläuterten Varianten wirkt der Permanentmagnet des einen Kupplungselements mit einem weiteren Permanentmagnet des ande ren Kupplungselements für die Erzeugung der Mitnahmekraft zusammen. Mitnahmekräfte können aber auch erzeugt werden, wenn dem Permanent magnet des einen Kupplungselements eine Polanordnung aus weichmagne tischem Material an dem anderen Kupplungselement zugeordnet ist, dessen Reluktanz sich in Umfangsrichtung des anderen Kupplungselements für die Erzeugung der Mitnahmekraft ändert. Bei einer solchen Polanordnung kann es sich beispielsweise um einen radial auf die Bewegungsbahn des Perma nentmagnets zu sich erstreckenden Weicheisenpol des anderen Kupplungs elements handeln.In the variants explained above, the permanent magnet of the a coupling element with another permanent magnet of the other Ren coupling element for the generation of the driving force together. Driving forces can also be generated if the permanent magnet of a coupling element a pole arrangement made of soft magne table material is assigned to the other coupling element, the Reluctance in the circumferential direction of the other coupling element for the Generation of entrainment changes. With such a pole arrangement can it is, for example, a radial on the path of movement of the Perma Magnet to extend the soft iron pole of the other clutch act elements.

Das von der Magnetkupplung während der Messbetriebsphase zur Aufrech terhaltung des stationären Rotationszustands der Maschinenspindel zu übertragende Drehmoment ist in aller Regel ein Mehrfaches kleiner als das für das Anfahren oder Abbremsen der Maschinenspindel benötigte Anfahr- oder Bremsdrehmoment. Das von der Magnetkupplung berührungsfrei zu übertragende Drehmoment ist bevorzugt nicht viel größer als das im Messbetrieb auf die Maschinenspindel wirkende Bremsdrehmoment, um ein möglichst "weiches" Betriebsverhalten der Magnetkupplung zu erreichen. Um dennoch das vergleichsweise hohe Anfahr- und Bremsdrehmoment des Elektromotors auf die Maschinenspindel übertragen zu können, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die beiden Kupplungsele mente Umfangsanschläge aufweisen, die den Relativdrehwinkel, um den die Kupplungselemente relativ zueinander verdrehbar sind, begrenzen. Die Umfangsanschläge liegen während des Anfahrens oder Bremsens der Maschinenspindel aneinander an, heben aber ab, sobald sich die Rotation der Maschinenspindel dem stationären Zustand annähert. Zumindest einer der Umfangsanschläge ist zweckmäßigerweise mit einem elastischen Anschlagpuffer versehen, um Anschlagklappern zu vermeiden.That from the magnetic coupling during the measuring operation phase to the offsetting maintenance of the stationary rotational state of the machine spindle transmitted torque is usually several times smaller than that start-up required for starting or braking the machine spindle or braking torque. The contact from the magnetic coupling Transmitting torque is preferably not much larger than that in measuring operation braking torque acting on the machine spindle to a to achieve the "soft" operating behavior of the magnetic coupling as possible. To nevertheless the comparatively high starting and braking torque of the To be able to transfer the electric motor to the machine spindle is one preferred embodiment provided that the two coupling elements have circumferential stops, the relative angle of rotation by the limit the coupling elements relative to each other. The Girth stops are during the start or braking of the Machine spindle against each other, but lift off as soon as the rotation the machine spindle approximates the steady state. At least one the circumferential stops are expediently elastic Provide stop buffers to avoid rattling.

Die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen basieren auf Abstoßungs- oder Anziehungskräften von Permanentmagneten. Die Magnetkupplung kann jedoch auch auf einem elektromotorischen Prinzip beruhen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Magnetfeld des Permanentmagnets in radialem Abstand von der Drehachse innerhalb eines vorbestimmten Luftwegbe reichs axial oder/und radial zur Drehachse verläuft und dass das andere Kupplungselement ein die Drehachse umschließendes, in den vorbestimm ten Luftwegbereich des Magnetfelds mit quer zur Richtung des Magnet flusses verlaufender Oberfläche angeordnetes, flächiges Induktionselement aus elektrisch leitendem Material umfasst. Der das Induktionselement quer durchsetzende Magnetfluss des längs der Oberfläche des Induktionsele ments relativ dazu sich bewegenden Permanentmagnets induziert in dem Induktionselement Wirbelströme, deren elektromotorische Wirkung Mit nahmekräfte zwischen dem Permanentmagnet einerseits und dem Induk tionselement andererseits erzeugt. Der Elektromotor kann hierbei mit dem permanentmagnetseitigen Kupplungselement oder dem induktionselement seitigen Kupplungselement in Antriebsverbindung stehen.The configurations explained above are based on repulsion or Attraction of permanent magnets. The magnetic coupling can but are also based on an electromotive principle. This can be provided that the magnetic field of the permanent magnet in a radial Distance from the axis of rotation within a predetermined airway Reichs axially and / or radially to the axis of rotation and that the other Coupling element enclosing the axis of rotation in the predetermined th airway area of the magnetic field with transverse to the direction of the magnet flat induction element arranged on the flowing surface made of electrically conductive material. The cross the induction element penetrating magnetic flux along the surface of the induction sele permanent magnet moving relative to it induced in the Induction element eddy currents whose electromotive effect Mit forces between the permanent magnet on the one hand and the inductor tion element generated on the other hand. The electric motor can with the permanent magnet-side coupling element or the induction element side coupling element in drive connection.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing become. Here shows:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Wuchtmaschine, deren Maschinenspindel über eine Magnetkupplung von einem Elek tromotor angetrieben wird; Figure 1 is a schematic sectional view of a balancing machine, the machine spindle is driven by a Elek tromotor via a magnetic coupling.

Fig. 2 eine Detailansicht der Magnetkupplung, gesehen entlang einer Linie II-II aus Fig. 3; FIG. 2 shows a detailed view of the magnetic coupling, seen along a line II-II from FIG. 3;

Fig. 3 einen Axialquerschnitt durch die Magnetkupplung; Fig. 3 is an axial cross section through the magnetic coupling;

Fig. 4-6 den Axialquerschnitt durch Varianten von Magnetkupplungen, wie sie in der Wuchtmaschine der Fig. 1 verwendbar sind und Fig. 4-6 the axial cross section through variants of magnetic couplings, as they can be used in the balancing machine of Fig. 1 and

Fig. 7 einen Axiallängsschnitt durch eine weitere Variante einer bei der Wuchtmaschine der Fig. 1 verwendbaren Magnetkupp lung. Fig. 7 shows an axial longitudinal section through a further variant of a magnetic coupling used in the balancing machine of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Wuchtmaschine, deren Einzelheiten in WO 00/45983 erläutert sind. Auf die Offenbarung von WO 00/45983 wird im Rahmen der Erläuterung dieser Erfindung in vollem Umfang Bezug genom men. Fig. 1 shows schematically a balancing machine, the details of which are described in WO 00/45983. To the disclosure of WO 00/45983 reference is made in full in the context of the explanation of this invention.

Die zur Messung der Winkellage und Größe der Unwucht eines Rotations- Maschinenelements, beispielsweise eines in einem Werkzeughalter 1 sitzen den Rotationswerkzeugs, beispielsweise eines Fräsers oder Bohrers oder des Werkzeughalters 1 selbst dienende Wuchtmaschine umfasst ein statio näres Maschinengestell 3, an dem eine Maschinenspindel 5 um ihre Dreh achse 7 drehbar gelagert ist. Die Maschinenspindel 5 ist hierbei mit Hilfe von Wälzlagern 9 in einer Lagerhülse 11 drehbar gelagert, die ihrerseits mit Hilfe einer elastischen Halterung 13, beispielsweise einem Stahlband oder dergleichen, an dem Maschinengestell 3 elastisch auslenkbar befestigt ist. Der Werkzeughalter 1 sitzt mit einem Normanschluss 15, beispielsweise einem Steilkegel oder dergleichen, in einer entsprechenden Aufnahme 17 an einem Ende der Maschinenspindel 5 und wird von einem nicht näher dargestellten Einzugsmechanismus 19, wie er zum Beispiel in WO 00/45983 erläutert ist, in der Aufnahme 17 gehalten. Am anderen Ende der Maschinenspindel 5 ist ein an der Hülse 11 befestigter Elektromotor 21 gleichachsig zur Maschinenspindel 5 angeordnet. Der Elektromotor 21 steht über eine nachfolgend noch näher erläuterte Magnetkupplung 23 in An triebsverbindung mit der Maschinenspindel 5.The balancing machine used to measure the angular position and size of the imbalance of a rotary machine element, for example one in a tool holder 1 , the rotary tool, for example a milling cutter or drill or the tool holder 1 itself, comprises a stationary machine frame 3 on which a machine spindle 5 is arranged around it Axis 7 is rotatably mounted. The machine spindle 5 is rotatably supported in this case by means of roller bearings 9 in a bearing sleeve 11 , which in turn is attached to the machine frame 3 in an elastically deflectable manner with the aid of an elastic holder 13 , for example a steel band or the like. The tool holder 1 sits with a standard connection 15 , for example a steep taper or the like, in a corresponding receptacle 17 at one end of the machine spindle 5 and is operated by a feed mechanism 19 (not shown in more detail), as is explained, for example, in WO 00/45983, in which Recording 17 held. At the other end of the machine spindle 5 , an electric motor 21 fastened to the sleeve 11 is arranged coaxially with the machine spindle 5 . The electric motor 21 is in drive connection to the machine spindle 5 via a magnetic clutch 23, which will be explained in more detail below.

Während der Unwuchtmessbetriebsphase treibt der Elektromotor 21 die Maschinenspindel 5 rotierend an und ein an dem Maschinengestell 3 vor gesehener Kraft- oder Beschleunigungssensor 25, der gegebenenfalls aus mehreren in unterschiedlichen Positionen angebrachten Sensoren bestehen kann, erfasst die Unwucht des rotierenden Werkzeughalters 1 sowohl nach Winkellage als auch nach Größe. Anzeigemittel, die die Winkellage und Größe der Unwucht anzeigen, sind vorhanden, wenngleich nicht darge stellt.During the unbalance measurement operating phase, the electric motor 21 drives the machine spindle 5 in a rotating manner and a force or acceleration sensor 25 provided on the machine frame 3 , which may optionally consist of several sensors attached in different positions, detects the unbalance of the rotating tool holder 1 both according to the angular position and also by size. Display means which show the angular position and size of the unbalance are present, although not shown.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 21 direkt und gleichachsig über die Magnetkupplung 23 mit der Maschinenspindel 5 verbunden. Es versteht sich, dass der Elektromotor 21 auch achsversetzt zur Maschinenspindel 5 angeordnet sein kann und gegebenenfalls über einen Antriebsriemen mit der Magnetkupplung 23 verbunden sein kann. Insbesondere kann der Elektromotor 21 auch unmittelbar an dem Maschi nengestell 3 angebracht sein.In the illustrated embodiment, the electric motor 21 is connected directly and coaxially to the machine spindle 5 via the magnetic coupling 23 . It goes without saying that the electric motor 21 can also be arranged offset to the axis of the machine spindle 5 and can optionally be connected to the magnetic coupling 23 via a drive belt. In particular, the electric motor 21 can also be attached directly to the machine frame 3 .

Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Magnetkupplung 23. Die Ma gnetkupplung 23 umfasst zwei zueinander und zur Drehachse 7 gleichach sig angeordnete Kupplungselemente 27, 29, von denen das eine Kupp lungselement 27 zwei diametral abstehende Arme 31 und das andere Kupplungselement 29 zwei diametral einander gegenüberliegende, hier durch in Umfangsrichtung paarweise sich gegenüberliegende Vorsprünge 33 gebildete Aussparungen 35 aufweist, in die je einer der Arme 31 mit allseitigem Abstand und mit Spiel in Umfangsrichtung eingreift. Das Kupp lungselement 27 ist fest, insbesondere integral mit der Maschinenspindel 5 verbunden, während das Kupplungselement 29 drehfest auf der Abtriebs welle 37 des Elektromotors 21 gehalten ist. Die Vorsprünge 33 bilden in Umfangsrichtung gelegene Anschläge für die Arme 31 und bilden zusam men mit den Armen 31 eine drehfeste Spielkupplung, die nach Ausgleich des Drehspiels das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 21 auf die Maschinenspindel 5 überträgt. Figs. 2 and 3 show details of the magnetic clutch 23. The Ma gnetkupplung 23 comprises two to each other and to the axis of rotation 7 axially arranged coupling elements 27 , 29 , of which a hitch be element 27 two diametrically projecting arms 31 and the other coupling element 29 two diametrically opposite one another, here by pairs in the circumferential direction opposite projections 33 has formed recesses 35 , in which one of the arms 31 engages with all-round spacing and with play in the circumferential direction. The hitch be element 27 is fixed, in particular integrally connected to the machine spindle 5 , while the coupling element 29 is rotatably held on the output shaft 37 of the electric motor 21 . The projections 33 form circumferentially located stops for the arms 31 and form together with the arms 31 men, a rotationally fixed match clutch that transmits the drive torque of the electric motor 21 on the machine spindle 5 after compensation of rotational play.

Jeder der Arme 31 ist auf in Umfangsrichtung sich gegenüberliegenden Seiten mit je einem Permanentmagnet 39 bzw. 41 versehen, dem in Um fangsrichtung je ein weiterer Permanentmagnet 43 bzw. 45 gegenüberliegt. Die Permanentmagnetpaare 39, 43 bzw. 41, 45 sind jeweils einander zugewandt gleichpolig angeordnet, so dass sich die Permanentmagnete 39, 43 einerseits abstoßen und auch die Permanentmagnete 41 und 45 ab stoßen. Die Abstoßungskräfte sind gleich bemessen, womit die Arme 31 in einer mittigen Bezugsstellung berührungsfrei positioniert zwischen den Vorsprüngen 33 gehalten werden.Each of the arms 31 is provided on the opposite sides in the circumferential direction, each with a permanent magnet 39 or 41 , which in the circumferential direction is another permanent magnet 43 or 45 opposite. The permanent magnet pairs 39 , 43 and 41 , 45 are arranged facing each other in the same pole, so that the permanent magnets 39 , 43 repel on the one hand and also repel the permanent magnets 41 and 45 . The repulsive forces are dimensioned the same, with which the arms 31 are held in a central reference position without contact between the projections 33 .

Die Rückstellkräfte der sich abstoßenden Permanentmagnetpaare 39, 43 und 41, 45 sind so groß bemessen, dass sie bei stationär bemessener Maschinenspindel 5 die Arme 31 trotz des auf die Maschinenspindel 5 wir kenden, von der Lagerreibung und dem Luftwiderstand herrührenden Bremsmoments berührungsfrei zwischen den Vorsprüngen 33 halten kön nen. Das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 21 wird damit im statio nären Zustand, d. h. während der Unwuchtmessbetriebsphase, berührungs frei auf Grund der Magnetkräfte der Permanentmagnete übertragen.The restoring forces of the repulsive permanent magnet pairs 39, 43 and 41, 45 are of such a size that they during stationary sized machine spindle 5, the arms 31 in spite of the machine spindle 5 we kenden, originating from the bearing friction and the air resistance braking torque without contact between the projections 33 can hold. The drive torque of the electric motor 21 is thus transmitted in the static state, ie during the unbalance measurement operating phase, without contact due to the magnetic forces of the permanent magnets.

Im stationären Betrieb liegt das zur Überwindung des Reibungsbremsmo ments und dergleichen erforderliche Antriebsdrehmoment in der Größen ordnung von beispielsweise 0,5 bis 1 Nm. Beim Anlaufen oder Abbremsen der Maschinenspindel 5 erzeugt der Elektromotor 21 ein beträchtlich größeres Drehmoment, um die Maschinenspindel 5 hinreichend rasch beschleuni gen oder abbremsen zu können. Das hierbei wirkende Drehmoment liegt in der Größenordnung von 10 Nm und überwindet die Magnetkräfte der Permanentmagnete 39, 43 bzw. 41, 45, so dass das Antriebsdrehmoment über die den Armen 31 anschlagenden Vorsprünge 33 direkt übertragen wird.In stationary operation, the drive torque required to overcome the friction braking torque and the like is in the order of magnitude of, for example, 0.5 to 1 Nm. When starting or braking the machine spindle 5 , the electric motor 21 generates a considerably greater torque in order to accelerate or brake the machine spindle 5 sufficiently quickly. The torque acting here is of the order of magnitude of 10 Nm and overcomes the magnetic forces of the permanent magnets 39 , 43 or 41 , 45 , so that the drive torque is transmitted directly via the projections 33 striking the arms 31 .

Im Folgenden werden Varianten der Magnetkupplung erläutert. Gleichwir kende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der Fig. 1 bis 3 und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die vorangegangene Beschrei bung, insbesondere der Fig. 1 bis 3, Bezug genommen.Variants of the magnetic coupling are explained below. Equivalent components are provided with the reference numerals of FIGS . 1 to 3 and to distinguish them with a letter. To explain the structure and operation, reference is made to the preceding description, in particular FIGS . 1 to 3.

Im Unterschied zur Magnetkupplung der Fig. 2 und 3 hat die Magnet kupplung 23a in Fig. 4 lediglich ein Paar sich abstoßender, d. h. gleichpolig sich gegenüberliegender Magnete 41a, 45a pro radial abstehendem Arm 31a. Bezogen auf die durch einen Pfeil 47 angedeutete Drehrichtung des mit dem Kupplungselement 29a verbundenen Elektromotors sind die Perma nentmagnete 41a auf der in Drehrichtung hintenliegenden Seite des Arms 31a vorgesehen, stoßen also das Kupplungselement 27a in Drehrichtung ab. Die in Drehrichtung vorne liegenden Vorsprünge 33a tragen elastische Puffer 48, gegen die die abstoßenden Magnetkräfte die Arme 31a bei stillstehender Maschinenspindel 5 drücken. Es versteht sich, dass ent sprechende Gummipuffer auch bei der Magnetkupplung der Fig. 2 und 3 wie auch bei den nachfolgenden Magnetkupplungen vorgesehen sein können, und dass gegebenenfalls auch an beiden Vorsprüngen derartige, Klappergeräusche verhindernde Puffer von Vorteil sein können.In contrast to the magnetic coupling of FIGS. 2 and 3, the magnetic coupling 23 a in Fig. 4 only has a pair of repelling, ie equipolar magnets 41 a, 45 a per radially projecting arm 31 a. Relative to the direction of rotation indicated by an arrow 47 of the electric motor connected to the coupling element 29 a, the permanent magnets 41 a are provided on the rear side of the arm 31 a in the direction of rotation, thus repelling the coupling element 27 a in the direction of rotation. The projections 33 a lying at the front in the direction of rotation carry elastic buffers 48 against which the repelling magnetic forces press the arms 31 a when the machine spindle 5 is at a standstill. It is understood that appropriate rubber buffers can also be provided in the magnetic coupling of FIGS. 2 and 3 as well as in the subsequent magnetic couplings, and that such bumping noise-preventing buffers may also be advantageous on both projections.

Im Stillstand, wie auch beim Anlaufen oder beim Abbremsen der Maschi nenspindel schlagen die Arme 31a an den Vorsprüngen 33a an. Bei statio närem Betrieb, d. h. in der Unwuchtmessbetriebsphase, wirkt das aus der Reibung der Lager und aus dem Luftwiderstand der Maschinenspindel 5 herrührende Bremsmoment der Abstoßungskraft der Permanentmagnet paare 41a, 45a entgegen. Die Abstoßungskraft ist so bemessen, dass im stationären Zustand die Arme 31a berührungsfrei zwischen den Vorsprün gen 33a positioniert sind, die Magnetkupplung 23a also das Antriebsdreh moment des Elektromotors berührungsfrei auf die Maschinenspindel über trägt.At a standstill, as well as when starting or braking the machine spindle spindle, the arms 31 a on the projections 33 a. In steady-state operation, ie in the unbalance measurement phase, the braking torque resulting from the friction of the bearings and the air resistance of the machine spindle 5 counteracts the repulsive force of the permanent magnet pairs 41 a, 45 a. The repulsive force is such that, in the stationary state, the arms 31 a are positioned without contact between the projections 33 a, the magnetic coupling 23 a thus transmits the drive torque of the electric motor without contact to the machine spindle.

In den vorangegangen erläuterten Varianten haben sich die Permanentma gnete der beiden Kupplungselemente paarweise gleichpolig in Umfangs richtung gegenübergelegen, so dass die Mitnahmekraft der Magnetkupp lung auf der abstoßenden Wirkung der Permanentmagnetpaare beruht. Fig. 5 zeigt eine Variante einer Magnetkupplung 23b, bei welcher sich den Kupplungselementen 27b, 29b paarweise zugeordnete Permanentmagnete 49, 51 gegensinnig gepolt radial gegenüberliegen, sich also zur Erzeugung der Mitnahmekraft paarweise gegenseitig anziehen. Die Permanentmagnete 49, 51 bilden berührungslose Rastelemente, die die Kupplungselemente 27b, 29b in einer Rastbetriebsstellung zu halten versuchen, aus welcher sie durch das auf die Maschinenspindel wirkende Bremsmoment entgegen der Mitnahmekraft auslenkbar sind.In the variants explained above, the permanent magnets of the two coupling elements have the same polarity in pairs in the circumferential direction, so that the driving force of the magnetic coupling is based on the repulsive effect of the permanent magnet pairs. Fig. 5 shows a variant of a magnetic coupling 23 b, in which the coupling elements 27 b, 29 b in pairs associated permanent magnets 49 , 51 are polar opposite in opposite directions, so they attract each other in pairs to generate the driving force. The permanent magnets 49 , 51 form non-contact locking elements which attempt to hold the coupling elements 27 b, 29 b in a locking operating position, from which they can be deflected against the driving force by the braking torque acting on the machine spindle.

Um zu verhindern, dass beim Anfahren oder Bremsen der Maschinenspindel die maximal mögliche Mitnahmekraft überschritten wird, sind an dem Kupplungselement 27b beiderseits eines an dem Kupplungselement 29b vorgesehenen Anschlagvorsprungs 53 Vorsprünge 55 angeformt, die den Anschlagvorsprung 53 in Umfangsrichtung beiderseits mit Spiel umfassen.In order to prevent the maximum possible driving force from being exceeded when starting or braking the machine spindle, projections 55 are formed on the coupling element 27 b on both sides of a stop projection 53 provided on the coupling element 29 b, which encompass the stop projection 53 on both sides with play in the circumferential direction.

Es versteht sich, dass die paarweise an dem maschinenspindelseitigen Kupplungselement 27b vorgesehenen Anschlagvorsprünge 55 ähnlich den Varianten der Fig. 2 bis 4 an dem antriebsseitigen Kupplungselement 29b vorgesehen sein können, während der Anschlagvorsprung 53 alterna tiv auch an dem maschinenspindelseitigen Kupplungselement 27b angeord net sein kann. Die Anordnung der Anschlagvorsprünge gemäß Fig. 5 kann selbstverständlich auch bei den Ausführungsformen der Fig. 2 bis 4 vorgesehen sein.It is understood that the b in pairs on the machine spindle side coupling member 27 provided for stopping projections 55 similar to the variants of FIGS. 2 to 4 be provided b to the drive-side coupling member 29 while the stopper projection 53 alterna tive also on the machine spindle side coupling member 27 b angeord net can be. The arrangement of the stop projections according to FIG. 5 can of course also be provided in the embodiments of FIGS. 2 to 4.

Eine weitere nicht näher dargestellte Variante der in Fig. 5 dargestellten Magnetkupplung besteht darin, dass sich die Permanentmagnetpaare 49, 51 nicht radial zur Drehachse 7b im Abstand gegenüberliegen, sondern in Richtung der Drehachse. Auch die zur Drehwegbegrenzung der Kupplungs elemente relativ zueinander vorgesehenen Anschlagvorsprünge können axial aufeinander zu abstehen.Another variant, not shown, of the magnetic coupling shown in FIG. 5 is that the permanent magnet pairs 49 , 51 do not lie radially opposite to the axis of rotation 7 b, but in the direction of the axis of rotation. The stop projections provided relative to each other for limiting the rotation path of the coupling can protrude axially towards one another.

Fig. 6 zeigt eine Variante einer Magnetkupplung 23c, die sich von der Magnetkupplung 23b in Fig. 5 im Wesentlichen nur dadurch unterschei det, dass dem Permanentmagnet 49c eines der beiden Kupplungselemente 27c, 29c, hier dem maschinenspindelseitigen Kupplungselement 27c dia metral gegenüberliegende Permanentmagnete 49c zugeordnet sind, wel chen am anderen Kupplungselement 29c je ein zugleich als Anschlagvor sprung ausgenutztes, aus einem weichmagnetischen Material bestehendes Reluktanzelement 53c gegenüberliegt, welches eine magnetische "Ver rastung" des radial oder auch axial im Abstand gegenüberliegenden Perma nentmagnets 49c bewirkt. Das Reluktanzelement 53c hat eine in Umfangs richtung beiderseits sich ändernde Reluktanz, wodurch sich die Mitnahme kraft des Permanentmagnets 49c in beiden Relativdrehrichtungen der Kupplungselemente 27c, 29c mindert und die Permanentmagnete 49c die Kupplungselemente 27c, 29c in einer Bezugsstellung zu halten suchen. Beiderseits der Reluktanzelemente 53c sind Anschlagvorsprünge 55c vorgesehen, die das maximale Relativdrehspiel der Magnetkupplung 23c für die Übertragung des Anlauf- und Bremsdrehmoments begrenzen. Fig. 6 shows a variant of a magnetic clutch 23 c, which differs from the magnetic clutch 23 b in Fig. 5 essentially only in that the permanent magnet 49 c one of the two coupling elements 27 c, 29 c, here the machine spindle-side coupling element 27 c dia metrically opposed permanent magnets 49 c are assigned, which are opposed to the other coupling element 29 c, a reluctance element 53 c, which is also used as a stop before the jump and is made of a soft magnetic material, and which has a magnetic "locking" of the radially or axially opposite perma nentmagnets 49 c causes. The reluctance element 53 c has a changing reluctance in the circumferential direction on both sides, which reduces the entrainment force of the permanent magnet 49 c in both relative directions of rotation of the coupling elements 27 c, 29 c and the permanent magnets 49 c the coupling elements 27 c, 29 c in a reference position keep looking. Stop projections 55 c are provided on both sides of the reluctance elements 53 c, which limit the maximum relative rotational play of the magnetic coupling 23 c for the transmission of the starting and braking torque.

Der den paarweise an dem Kupplungselement 27c vorgesehenen Anschlag vorsprüngen 55c zugeordnete Anschlagvorsprung des Kupplungselements 29c kann auch gesondert von dem Reluktanzelement 53c vorgesehen sein. Auch in dieser Ausgestaltung der Magnetkupplung können, wie bereits vorangegangen erläutert, die Anschlagvorsprünge der Kupplungselemente 27c, 29c auch anderweitig ausgestaltet oder verteilt sein. Ebenso kann auch der hier am maschinenspindelseitigen Kupplungselement 27c vor gesehene Permanentmagnet am anderen Kupplungselement 29c angeord net sein oder aber beide Kupplungselemente können Permanentmagnet anordnungen der erläuterten Art umfassen.The stop projection of the coupling element 29 c assigned to the stop projections 55 c provided in pairs on the coupling element 27 c can also be provided separately from the reluctance element 53 c. In this embodiment of the magnetic coupling, too, as already explained above, the stop projections of the coupling elements 27 c, 29 c can also be configured or distributed in some other way. Likewise, the permanent magnet seen here on the machine spindle-side coupling element 27 c can be arranged on the other coupling element 29 c, or both coupling elements can comprise permanent magnet arrangements of the type described.

Bei sämtlichen vorangegangen erläuterten Magnetkupplungen bestehen die Kupplungselemente zweckmäßigerweise aus einem nicht magnetischen Material, beispielsweise Aluminium oder dergleichen, um definierte Magnet flussverhältnisse im Bereich der Permanentmagnete zu erreichen. Es ver steht sich, dass den einzelnen Permanentmagneten ferromagnetische Joche oder dergleichen zugeordnet sein können, die den Magnetfluss der ein zelnen Permanentmagnete zur Mitnahmekrafterhöhung konzentrieren. Es sind jedoch auch Varianten möglich, bei welchen eines der Kupplungs elemente oder beide Kupplungselemente aus ferromagnetischem Material bestehen, so dass die Permanentmagnete des Kupplungselements in einem gemeinsamen Magnetkreis angeordnet sind.In all the magnetic clutches explained above, there are Coupling elements expediently from a non-magnetic Material, for example aluminum or the like, around defined magnet to achieve flow conditions in the area of permanent magnets. It ver stands out that the individual permanent magnet ferromagnetic yokes or the like can be associated with the magnetic flux of a Concentrate individual permanent magnets to increase the driving force. It however variants are also possible in which one of the couplings elements or both coupling elements made of ferromagnetic material exist, so that the permanent magnets of the coupling element in one common magnetic circuit are arranged.

Fig. 7 zeigt eine weitere Variante einer Magnetkupplung 23d, bei welcher die Mitnahmekraft auf der elektromotorischen Wirkung von Permanentma gneten 57 beruht, deren Magnetfeld quer zur Oberfläche eines Induktions elements 59 verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Induk tionselement 59 als elektrisch leitende Scheibe ausgebildet, die als Be standteil des Kupplungselements 27d an der Maschinenspindel 5d befestigt ist und sich achsnormal zur Drehachse 7d erstreckt. Die Permanentma gnete 57 sind hufeisenartig ausgebildet und in gleichen Winkelabständen um die Drehachse 7d herum an dem Kupplungselement 29d angeordnet und zwar so, dass sie den Umfangsrand der Induktionsscheibe 59 auf axial gegenüberliegenden Seiten übergreifen. Der in Luft verlaufende Anteil des magnetischen Kreises jedes Permanentmagnets 57 durchsetzt die Induk tionsscheibe 59 quer zu ihrer Scheibenfläche und induziert in der Induktionsscheibe 59 Wirbelströme, deren Magnetfeld seinerseits bei der Rota tion der Permanentmagnete 57 um die Drehachse 7d relativ zu der Induk tionsscheibe 59 eine Mitnahmekraft auf die Induktionsscheibe 59 ausübt. Die Magnetkupplung 23d bedingt zwar einen gewissen Antriebsschlupf des maschinenspindelseitigen Kupplungselements 27d, der jedoch durch Mes sung der Drehzahl der Maschinenspindel bei der Ermittlung der Unwucht berücksichtigt werden kann. Fig. 7 shows a further variant of a magnetic coupling 23 d, in which the entrainment force is based on the electromotive effect of permanent magnets 57 , the magnetic field of which extends transversely to the surface of an induction element 59 . In the illustrated embodiment, the induction element 59 is designed as an electrically conductive disk which, as a component of the coupling element 27 d, is fastened to the machine spindle 5 d and extends axially normal to the axis of rotation 7 d. The Permanentma gnete 57 are horseshoe-shaped and arranged at equal angular intervals around the axis of rotation 7 d around the coupling element 29 d, in such a way that they overlap the peripheral edge of the induction disk 59 on axially opposite sides. The air portion of the magnetic circuit of each permanent magnet 57 passes through the induction disc 59 transverse to its disc surface and induces eddy currents in the induction disc 59 , the magnetic field of which in turn rotates the permanent magnets 57 about the axis of rotation 7 d relative to the induction disc 59 Driving force exerts on the induction disk 59 . The magnetic coupling 23 d causes a certain drive slip of the machine spindle-side coupling element 27 d, which, however, can be taken into account by measuring the speed of the machine spindle when determining the unbalance.

Die Induktionsscheibe 59 kann auch andere Gestalt haben, beispielsweise rohrzylindrisch ausgebildet sein. Alternativ können die Permanentmagnete auch an dem maschinenspindelseitigen Kupplungselementvorgesehen sein, wobei dann das Induktionselement an dem vom Elektromotor angetriebe nen Kupplungselement vorgesehen ist.The induction disk 59 can also have a different shape, for example a tubular cylinder. Alternatively, the permanent magnets can also be provided on the coupling element on the machine spindle side, in which case the induction element is then provided on the coupling element driven by the electric motor.

Claims

1. Balancing machine, comprehensive
a machine frame ( 3 ),
a machine spindle ( 5 ) mounted on the machine frame ( 3 ) so as to be rotatable about an axis of rotation ( 7 ) and at one of its axial ends with a holder ( 17 ) for the releasable fastening of an object ( 1 ) to be balanced,
an electric motor ( 21 ) rotating the machine spindle ( 5 ) about the axis of rotation ( 7 ) and
at least one sensor ( 25 ) which detects unbalance forces acting on the machine spindle ( 5 ) during the rotational movement,
characterized in that
In the rotary drive path between the electric motor ( 21 ) and the machine spindle ( 5 ), at least during the unbalance detection operating phase, the drive torque from the electric motor ( 21 ) is arranged contact-free on the machine spindle ( 5 ) transmitting magnetic clutch ( 23 ).

2. Balancing machine according to claim 1, characterized in that the magnetic coupling ( 23 ) has two non-contact rotatable coupling elements ( 27 , 29 ) about a common axis of rotation, of which at least one at least one permanent magnet ( 39-41 ; 49 , 51 ; 57 ), the magnetic field of which, at a radial distance from the common axis of rotation, generates a force which entrains the other coupling element.

3. Balancing machine according to claim 2, characterized in that the permanent magnet ( 39 , 41 ; 41 a; 49 ) of a clutch element ( 27 ; 27 a; 27 b) another permanent magnet ( 43 , 45 ; 45 a; 51 ) the other coupling element ( 29 ; 29 a; 29 b) is assigned and the magnetic fields for generating the driving force are coupled together.

4. Balancing machine according to claim 3, characterized in that the permanent magnets ( 39 , 41 , 43 , 45 ; 41 a, 45 a) of the two coupling elements ( 27 , 29 ; 27 a, 29 a) in the circumferential direction of the coupling elements ( 27 , 29 ; 27 a, 29 a) have the same polarity and repel each other to generate the driving force.

5. Balancing machine according to claim 4, characterized in that the coupling elements ( 27 , 29 ) at least two pairs of equipolar opposite permanent magnets ( 39 , 43 ; 41 , 45 ) with, refer to the pairs, opposite repulsion direction, which have the Hold coupling elements ( 27 , 29 ) relative to each other to be limited rotatable in a reference rotational position.

6. Balancing machine according to claim 3, characterized in that the permanent magnets ( 49 , 51 ) of the two coupling elements ( 27 b, 29 b) radially to the axis of rotation ( 7 b) and / or in the direction of the axis of rotation ( 7 b) at a distance are opposite each other non-polar and attract each other to generate the driving force.

7. Balancing machine according to claim 2, characterized in that the permanent magnet ( 49 c) of the one coupling element ( 27 c) is assigned a pole arrangement ( 53 c) made of soft magnetic material on the other coupling element ( 29 c), the reluctance of which changes in the circumferential direction other coupling element ( 29 c) changes for the generation of the driving force.

8. Balancing machine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the two coupling elements ( 27 , 29 ) have circumferential stops ( 31 , 33 ), the relative angle of rotation by which the coupling elements ( 27 , 29 ) are rotatable relative to each other, limit.

9. Balancing machine according to claim 8, characterized in that at least one of the peripheral stops ( 33 a) has an elastic stop buffer ( 48 ).

10. Balancing machine according to claim 2, characterized in that the magnetic field of the permanent magnet ( 57 ) one ( 29 d) of the hitch be elements at a radial distance from the axis of rotation ( 7 d) within a predetermined airway range axially and / or radially to the axis of rotation ( 7 d) runs and that the other coupling element ( 27 d) comprises an axis of rotation ( 7 d) enclosing, in the predetermined airway region of the magnetic field with a surface extending transversely to the direction of the magnetic flux, a flat induction element ( 59 ) made of electrically conductive material.

11. Balancing machine according to one of the preceding claims, characterized in that one ( 27 ) of the two coupling elements ( 27 , 29 ) with the machine spindle ( 5 ) is rotatably connected to form a structural unit.