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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Auswuchten eines Flügelrades der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art.
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Ein derartiges Verfahren, mit dem sich ein Flügelrad nahezu automatisch auswuchten lässt, ist beispielsweise aus der
EP 1 571 436 A1 bereits bekannt. Als Wuchtelemente sind bekannte Klebermassen aus Kunststoff vorgesehen, die von der automatischen Anbringungsvorrichtung an den Stellen des Flügelrades aufgespritzt werden, an denen aufgrund der vorher mittels der Prüfvorrichtung erhobenen Wuchtdaten ein Ausgleichsgewicht erforderlich ist. Dabei wird die Klebermasse so dosiert, dass das aufgebrachte Kleberfeld der Gewichtskraft des an entsprechender Stelle anzubringenden Ausgleichsgewichtes entspricht. Ist zum Ausgleich ein relativ schweres Ausgleichsgewicht erforderlich, muss demnach eine entsprechend große Klebermasse angebracht werden, die am Flügel erhaben aufliegen und dessen Luftüberströmung nachteilig beeinflussen kann. Die gleichmäßige Verteilung der Klebermasse selbst über die vorgesehene Anordnungsstelle am Flügelrad kann zudem aufgrund des zähen Verhaltens solcher Klebermassen problematisch sein.
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Alternativ ist anstelle einer aufzuspritzenden Klebermasse eine Folie als Wuchtelement vorgesehen, die von der Auftragvorrichtung flächig mit der Anordnungsstelle auf dem Flügelrad verklebt werden soll. Bei einer selbstklebenden Folie ist aber eine Gewichtsanpassung des Wuchtelements an die vorzusehende Ausgleichsmasse nicht ohne Weiteres möglich, wenn das Massegewicht auf einer vorgesehenen Anordnungsstelle des Flügelrades konzentriert angebracht werden soll.
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Als nachteilig kann beim bekannten Verfahren außerdem der Umstand angesehen werden, dass der das Wuchtelement bildende Kunststoff nach dem Auftragen zunächst aushärten muss, bevor er mechanisch voll beansprucht werden kann. Selbst wenn der Aushärtevorgang durch Hilfsmittel beschleunigt wird, ist ein insgesamt hoher Zeitaufwand erforderlich, bis die Aushärtung der Wuchtmittel am Flügelrad abgeschlossen ist und das Flügelrad weiterbearbeitet bzw. in die Lüfterzarge eingebaut werden kann.
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Des Weiteren ist es aus der Serienfertigung von Lüfterrädern für Fahrzeugkühler aus Kunststoff bekannt, die Lüfterräder durch manuelles Setzen von Wuchtelementen durch einen Monteur nach Anzeige der von ihm bedienten Prüfmaschine auszuwuchten. Dabei werden die etwa U-förmigen Wuchtelemente aus Stahl nach Auswahl eines Wuchtelementes mit passendem Gewicht an entsprechender Stelle auf den zugehörigen Flügel des Lüfterrades aufgeschoben, wonach sie den Flügelquerschnitt über eine Teillänge umgreifend festgelegt sind. Ein derartiges Auswuchten der Lüfterräder durch einen entsprechend qualifizierten Monteur ist zeitaufwändig und wird bei einer Serienfertigung von Lüfterrädern mit großen Stückzahlen gegenüber einem automatischen Auswuchtverfahren zu deutlich höheren Herstellungskosten des Lüfterrades führen.
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Die
DE 10 2005 057 750 A1 offenbart ein Verfahren zum automatischen Positivwuchten eines Laufrads, bei dem mindestens ein Auswuchtelement mit einer vorgegebenen Masse an einer vorgegebenen Position an dem Laufrad positioniert und an der vorgegebenen Position an dem Laufrad angeschweißt wird.
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Die
DE 33 12 482 C2 beschreibt eine Ausgleichsgewichtsanordnung für ein luftbereiftes Fahrzeugrad mit einem Gürtelreifen mit zug- und druckfesten Kernen in den Wülsten, mit einer starren Felge, die sich radial nach innen erstreckende Felgenhörner und neben diesen am inneren Umfang der Felge Sitzflächen zur Aufnahme der Wülste aufweist, und mit einem Füllring aus Gummi oder Kunststoff, der den zwischen den Reifenwülsten und der Felgenschüssel befindlichen Raum einnimmt. Das Ausgleichsgewicht weist einen Gewichtskörper und ein Verankerungselement auf, das zwischen Reifenwulst und Füllring lösbar eingetrieben ist, so dass der Gewichtskörper unmittelbar am Rad anliegt.
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In der
DE 958 147 B ist ein Schaufelrad mit Tariergewichten für ein Gebläse beschrieben.
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Die
DE 74 17 316 U beschreibt ein Ausgleichgewicht für den Massenausgleich an länglichen Rotationskörpern.
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Die
DE 1 719 995 A1 offenbart eine automatische Auswuchtvorrichtung für Fahrzeuggebläse. Die Auswuchtvorrichtung enthält einen Träger, der aus Kunststoffmaterial besteht, einen Elektromotor, der an dem Träger befestigt und mit einem Stromzufuhrverbinder versehen ist, einen Zentrifugallüfter, der an der Welle des Elektromotors befestigt und mit einer Vielzahl von Flügeln versehen ist, die aus Kunststoffmaterial bestehen, eine Greifeinrichtung, die den aus Kunststoffmaterial bestehenden Träger ergreifen kann, eine optische Einrichtung, die sich in einer stationären Position befindet und den Durchgang der Flügel des Lüfters erfassen kann, eine Ausgleichseinheit, die die Werte und die Phase der an dem Lüfter anzubringenden Ausgleichsgewichte bestimmt, eine Positioniereinrichtung, die den Lüfter auf Basis von durch die Ausgleichseinheit bereitgestellten Informationen positionieren kann, und einen pneumatisch betätigten Tacker, der an durch die Ausgleichseinheit bestimmten Positionen Metallklammern an den Flügeln des Lüfters anbringt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen Auswuchten eines Flügelrades gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zu entwickeln, durch welches eine deutliche Verkürzung der Taktzeiten beim Auswuchten des in Serie hergestellten Flügelrades erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die relativ lange Aushärtezeit von Wuchtelementen aus Klebermasse durch Verwendung von eigensteifen Plattenkörpern als Wuchtelemente vermieden werden kann, wenn diese Wuchtelemente nicht über eine Klebeverbindung sondern mittels eines Punktbefestigungsmittels in kurzer Zeit automatisch am Flügelrad angebracht werden können. Die Wuchtelemente können dabei vorteilhaft aus Metall mit hohem spezifischen Gewicht bestehen, da hierdurch eine Konzentration des Ausgleichsgewichts auf eine kleine Anordnungsstelle des Flügelrades möglich ist. Als Punktbefestigungsmittel lassen sich prinzipiell alle üblichen Mittel wie z. B. Schrauben, Niete oder ähnliches verwenden.
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Wegen der relativ kurzen Montagezeit sind jedoch Punktbefestigungsmittel vorgesehen, die durch einfaches Einpressen in den Werkstoff des Flügelrades befestigt werden können. Hierbei können zudem mehrere Punktbefestigungsmittel, die z. B. als Dorne mit geriffeltem Rundquerschnitt von einem gemeinsamen Plattenkörper abstehen, gleichzeitig in das Flügelrad eingepresst werden.
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Um ein exaktes Auswuchten des Flügelrades zu ermöglichen, sind Wuchtelemente mit unterschiedlichem Ausgleichsgewicht vorgesehen, die automatisch in Abhängigkeit vom Ausgleichsbedarf an ihrer Anordnungsstelle ausgewählt und befestigt werden können. Die Gewichtsunterschiede können dabei durch unterschiedlich dicke Plattenkörper oder durch unterschiedliche Formate von Plattenkörpern gleicher Dicke herbeigeführt werden.
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Die Arbeitspositionen zum Anbringen der Wuchtelemente lassen sich besonders schnell anfahren, wenn das Flügelrad mittels einer Ausrichtvorrichtung in die Anbringungsstellung(en) gedreht wird, während die weitergehende Positionierung des Wuchtelements am Flügelrad über ein zur Ausrichtvorrichtung benachbartes Handhabungssystem für die Anbringungsvorrichtung insbesondere einen Montageroboter erfolgt.
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Damit sich die Punktbefestigungsmittel des Wuchtelements problemlos in das Flügelrad aus faserlosem oder faserverstärktem Kunststoff einpressen lassen, wird das Wuchtelement von einem Einpresskopf eines linear bzw. räumlich zu verfahrenden Eindrückwerkzeugs auf das Flügelrad niedergedrückt und das Flügelrad auf der gegenüberliegenden Seite von einem Auslegerarm des Eindrückwerkzeugs abgestützt. Während der Zustellbewegung des Eindrückwerkzeuges wird das Wuchtelement vorzugsweise mittels einer Fixiereinrichtung z. B. durch Ansaugen des Wuchtelement in einer exakt definierten Übergabestellung am Einpresskopf gehalten, die der lagerichtigen Einpressstellung entspricht.
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Die Wuchtelemente können als Blechbiegeteil ausgebildet sein und aus hochwertigem Stahl, insbesondere Edelstahl, bestehen. Neben dem hohen spezifischen Gewicht von Stahl können die abstehenden Punktbefestigungsmittel im Plattenkörper ausreichend stabil befestigt werden, damit sie über den Vorschub des Plattenkörpers in das Flügelrad eingepresst werden können.
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Damit kein separates Punktbefestigungsmittel für das Wuchtelement benötigt wird, kann es von einer Verankerungszunge gebildet werden, die aus einem zungenförmigen Blechlappen des Plattenkörpers selbst besteht, welcher nach dem Umstanzen quer aus der Ebene des Plattenkörpers abgebogen ist. Zur sicheren Befestigung des Wuchtelements kann dieses eine einzige oder auch mehrere Verankerungszungen aufweisen. Die Anzahl der Verankerungszungen pro Wuchtelement muss hierbei konstruktiv insbesondere in Abhängigkeit der Ausreißfestigkeit des Kunststoffmaterials festgelegt werden. Ist die Verankerungszunge im Mittelbereich des vorzugsweise tellerförmigen Plattenkörpers angeordnet, so ist der Abstand zwischen Punktbefestigungsstelle und Umfang des Plattenkörpers entsprechend groß, was insbesondere bei nahe der Flügelkante anzubringenden Wuchtelementen günstig sein kann. Eine höhere Befestigungsintensität lässt sich mit mehreren Verankerungszungen erreichen, die dann aber vorteilhaft über den Tellerumfang des Plattenkörpers verteilt angeordnet sind. Hierbei muss das Wuchtelement jedoch in einem ausreichend großen Abstand zur Flügelkante des Flügelrades befestigt werden.
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Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie mehrere zugehörige Wuchtelemente anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 eine perspektivische Schrägansicht auf ein in einer Ausrichtvorrichtung gehaltenes Flügelrad, an dem von einer Anbringungsvorrichtung gerade ein Auswuchtelement angebracht wird,
- 2 eine perspektivische Schrägansicht auf die separate Anbringungsvorrichtung,
- 3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Anbringungsvorrichtung,
- 4 einen vertikalen Querschnitt durch die Anbringungsvorrichtung und
- 5 - 9 jeweils eine perspektivische Unteransicht und Draufsicht auf Wuchtelemente mit unterschiedlichen Punktbefestigungsstellen.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung sind funktionsgleiche Bauteile in den Darstellungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein in 1 bereichsweise sichtbares Flügelrad 10 aus schlagzähem Kunststoff, z. B. aus Polyamid, ist unter Vermittlung eines Werkstückträgers von einer Ausrichtvorrichtung 11 mit vertikaler Drehachse in einer Horizontalebene drehbar gelagert und in der gezeigten Drehstellung gehalten, in der auf einem Flügel 10.1 des Flügelrades 10 ein rundes Wuchtelement 12 aus Edelstahl angebracht werden soll. Hierzu dient eine Anbringungsvorrichtung 13, die von einem Mehrachs-Roboter 14 mittels eines Tragarms 14.1 getragen, über diesen bewegt und in einer Arbeitsstellung oberhalb des Flügelrades 10 gehalten ist.
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Ausrichtvorrichtung 11 und Anbringungsvorrichtung 13 gehören zu einer Auswuchtstation, mit der Flügelräder 10 automatisch ausgewuchtet werden können. Hierzu werden die mittels eines nicht gezeigten Prüfstandes vom jeweiligen Flügelrad 10 ermittelten Wuchtdaten von einem Datenträger in das Steuersystem der Auswuchtstation eingelesen. Danach wird das zu den Wuchtdaten gehörende Flügelrad 10 von der Ausrichtvorrichtung 11 bewegt und solange gedreht, bis z. B. eine Referenzmarke am Flügel 10.1 erfasst wurde. Anhand der eingelesenen Daten erhalten das Handlingsystem aus Mehrachs-Roboter 14 und Anbringungsvorrichtung 13 sowie die Ausrichtvorrichtung 11 nun die Steuerbefehle, nacheinander die Punkte anzufahren, an denen zum Auswuchten des Flügelrades 10 ein Wuchtelement 12 angebracht werden muss. Von der Ausrichtvorrichtung 11 wird hierbei jeweils die passende Drehstellung des Flügelrades 10 angefahren, während die komplexeren Bewegungsabläufe der Anbringungsvorrichtung 13 mittels des Mehrachs-Roboters 14 angefahren werden.
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Zur Anbringung der erforderlichen Wuchtelemente 12 werden diese von einem Einpresskopf 15 der Anbringungsvorrichtung 13 an den aus den Wuchtdaten errechneten Stellen in die oben liegende Breitseite des jeweiligen Flügels 10.1 eingepresst. Der Einpresskopf 15 ist hierzu am unteren Ende eines linear bzw. räumlich nach unten ausfahrenden Pressstempels 16 angeordnet. Damit der Flügel 10.1 beim Einpressvorgang des Wuchtelementes 12 durch den sich absenkenden Einpresskopf 15 nicht nachgibt, wird der Flügel 10.1 auf seiner dem Einpresskopf 15 gegenüberliegenden Unterseite von einem als Haltevorrichtung dienenden Auslegerarm 17 der Anbringungsvorrichtung 13 abgestützt. Als Stützfläche weist der Auslegerarm 17 an seiner Oberseite ein zylindrisches Druckstück mit auf den Durchmesser des Einpresskopfes 15 abgestimmter Stützebene auf, das koaxial zum Einpresskopf 15 verläuft. Die Anbringungsvorrichtung 13 kann aufgrund ihrer mehrachsigen Bewegungssteuerung durch den Roboter 14 so angesetzt werden, dass die jeweils an der Anordnungsstelle des Auswuchtelementes 12 vorliegende Krümmung des Flügel 10.1 berücksichtigt bzw. kompensiert wird. Hierzu werden der zwischen benachbarten Flügeln 10.1 eingeschobene Auslegerarm 17 und die Mittellängsachse des Pressstempels 16 so geneigt, dass die Mittellängsachse rechtwinklig zur Ebene der Anbringungsstelle am Flügel 10.1 verläuft. Hierdurch ist die Gefahr gering, dass der Flügel 10.1 beim Einpressvorgang beschädigt wird oder dass sich der Flügel 10.1 mit der Folge einer ungenauen Positionierung des Auswuchtelementes 12 elastisch durchbiegt.
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Wie in Verbindung mit den Schnittdarstellung nach 2, 3 und 4 deutlich zu erkennen ist, befindet sich seitlich an der Anbringungsvorrichtung 13 eine Kamera 18, deren Objektiv auf das Druckstück des Auslegerarms 17 und somit beim Einpressen des Wuchtelements 12 exakt auf dessen Anbringungsstelle am Flügel 10.1 ausgerichtet ist. Durch Bildmustervergleiche kann so mittels der Kamera 18 laufend überwacht werden, ob sich an der vorgesehenen Einpressstelle bereits ein Wuchtelement 12 befindet. Auch kann die Kamera 18 ggf. für einen Prüfdurchlauf genutzt werden, ob alle vorgesehenen Wuchtelemente 12 mit den zugehörigen Punktbefestigungsmitteln sicher verankert sind.
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Darüber hinaus ist sichtbar, dass an der Anbringungsvorrichtung 13 auf entgegengesetzten Seiten zwei längliche Magazine 19 und 20 angeordnet sind, die in nicht gezeigter Weise runde Wuchtelemente mit unterschiedlichem Durchmesser und somit unterschiedlichen Gewichten enthalten. Die unteren Ende der beiden aufrecht stehenden Magazine 19 und 20 münden in einen Wuchtelementevereinzeler 21. Mit diesem kann sichergestellt werden, dass nur das vom angesteuerten Magazin 20 oder 21 freigegebene Wuchtelement 12 dem Einpresskopf 15 zugeführt und mittig zum Einpresskopf 15 positioniert wird. Damit das vereinzelte Wuchtelement 12 diese Position relativ zum Einpresskopf 15 auch bei Ausfahren des Pressstempels 16 beibehält, ist in den Einpresskopf 15 ein Ansaugstück 22 integriert, das auf der Oberseite des Wuchtelements 12 einen Unterdruck erzeugt und dieses damit in der zum Einpresskopf 15 ausgerichteten Mittelstellung fixiert. Es versteht sich, dass der Einpresskopf 15 so gestaltet sein muss, dass mit ihm die Wuchtelemente beider Magazine 19 und 20 lagerichtig erfasst und somit an entsprechender Stelle in das Flügelrad 10 eingepresst werden können.
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Die Magazine 19 und 20 können ebenfalls automatisch mit Wuchtelementen 12 unterschiedlichen Durchmessers bestückt werden. Hierzu kann z. B. ein nicht gezeigtes frequenzgesteuertes Rundfördersystem genutzt werden, dass über ein daran anschließendes Transportschienensystem die Magazine bestückt, welche an die geometrischen Abmessungen des zugehörigen Wuchtelements angepasst sind. Prinzipiell wäre es auch denkbar, mit einem Transportschienensystem eine direkte Beschickung der an der Anbringungsvorrichtung verbleibenden Magazine 18 und 19 vorzusehen.
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In 5 ist ein Wuchtelement 12 mit einem annähernd runden Plattenkörper 12.1 zu sehen, das durch Einpressen einer einzigen, zentral angeordneten Verankerungszunge 12.2 am Flügel 10.1 eines Flügelrades 10 befestigt werden kann. Die Verankerungszunge 12.2 ist durch U-förmiges Umstanzen aus einem Mittelbereichs des Plattenkörpers 12.1 aus Stahlblech herausgetrennt und rechtwinklig zur Plattenebene abgebogen. Die sich zu ihrem freien Ende etwas verjüngende Verankerungszunge 12.2 ist im Endbereich keilförmig abgeschrägt, um den Eindringwiderstand beim Einpressen der Verankerungszunge 12.2 in das elastische Kunststoffmaterial des Flügels 10.1 zu reduzieren.
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Anstelle dieser zentralen Anordnung im Plattenkörper 12.1 zeigt 6 ein Wuchtelement 12 mit zwei vom Umfang des Plattenkörpers 12.1 rechtwinklig zur Plattenebene abgebogenen Verankerungszungen 12.2, wobei die Verankerungszungen 12.2 diametrisch angeordnet sind. Die Verankerungszungen 12.2 sind jedoch ebenfalls einteilig mit dem Plattenkörper 12.1 ausgebildet und durch Umstanzen überstehender Randbereiche des Plattenkörpers 12.1 erzeugt. Die Form der Verankerungszungen 12.2 stimmt dabei im Wesentlichen mit der von 5 überein.
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Im Unterschied zur Ausführungsform des Wuchtelements 12 von 6 sind am Umfang des in 7 gezeigten Plattenkörpers 12.1 drei Verankerungszungen 12.2 angeordnet, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind.
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Bei den in 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen ist der Abstand der Verankerungszungen 12.2 voneinander weiter verkürzt, weil unter gleichmäßiger Verteilung über den Umfang vier bzw. fünf Verankerungszungen 12.2 angeordnet sind. Durch Erhöhung der Anzahl der Verankerungspunkte lässt sich die Befestigungsintensität des Wuchtelements 12 am Flügelrad 10 prinzipiell erhöhen. Gewisse Variationsmöglichkeiten zur Anpassung an konstruktive Gegebenheiten können zudem durch leichte Änderungen der Geometrie der Verankerungszungen 12.2 gewonnen werden.
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Es ist davon auszugehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Flügelräder sondern zum besonders wirtschaftlichen Auswuchten aller vergleichbaren Rotationskörper genutzt werden kann. Lediglich der Verwendung der mit Verankerungszungen versehenen Wuchtelemente sind dabei Grenzen gesetzt, da diese nur in ausreichend elastische Werkstoffe eingepresst und dabei zuverlässig verankert werden können.