DE102020103123A1

DE102020103123A1 - Konverterrad mit stufenlos einstellbarer Auswuchtung

Info

Publication number: DE102020103123A1
Application number: DE102020103123.8A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Seidl; Volker Hagemann; Jens Vietor
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-02-07
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2021-08-12
Also published as: JP2021124734A; KR20210102080A; CN113253556A; TW202146871A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Konverterradanordnung umfassend einen Motor, einen scheibenförmigen Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie zumindest eine Konvertereinheit, welche auf der Vorderseite des Trägers angeordnet und mit dieser verbunden ist. Der Träger und die Konvertereinheit bilden das Konverterrad, welches über eine Nabe mit dem Motor verbunden ist. Weiterhin weist die Konverterradanordnung zumindest eine ringförmige Exzenterscheibe mit einer Öffnung zur Fixierung der Exzenterscheibe auf der Nabe auf. Eine Unwucht der Konverterradanordung kann dadurch kompensiert werden, dass die Öffnung zur Fixierung der Exzenterscheibe von deren Massemittelschwerpunkt beabstandet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines ausbalancierten Konverterrades.

Description

Im Allgemeinen betrifft die Erfindung ein rotierendes Konverterrad mit Konvertern, insbesondere geeignet zur Verwendung in Projektoren. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein ausbalanciertes Konverterrad.
Gebiet der Erfindung
Konverterfarbräder finden Verwendung in einer Vielzahl von optischen Vorrichtungen, beispielsweise in Projektoren oder bilderzeugenden Vorrichtungen, bei denen die Bilder mit Hilfe von Mikrospiegelarrays (z.B. DLP ® Chips) oder LCD Chips erzeugt werden. Hierbei besteht das Konverterrad in der Regel aus einem scheibenförmigen Träger, welcher rotierbar angeordnet und mit einem entsprechenden Elektromotor verbunden ist. Der Träger dient somit als Rotor. Auf dem Träger ist eine optisch aktive Komponente angeordnet. Bei der optisch aktiven Komponente kann es sich um Konvertermaterialien handeln. Die Konvertermaterialien wandeln hierbei das eingestrahlte Anregungslicht in ein Emissionslicht mit einer charakteristischen Wellenlänge bzw. Wellenlängenverteilung um. Bei der Verwendung mehrerer, unterschiedlicher Konvertermaterialien in einem Konverterrad ist somit der vom Betrachter wahrgenommene Farbeindruck abhängig davon, welches Konvertermaterial Licht emittiert. Entsprechende Farbräder werden auch als Konverterräder, oder „phosphor wheel“ bezeichnet.
Im Betrieb rotiert das Konverterrad mit hoher Frequenz, beispielsweise mit 120 Hz. Auf Grund der hohen Drehfrequenzen müssen die Konverterfarbräder eine möglichst große Rotationsymmetrie bezüglich ihrer Massenverteilung aufweisen, also ausbalanciert sein, um Ungleichgewichte zu vermeiden. Ungleichgewichte können hierbei zu unerwünschten Vibrationen und damit zu Materialbelastungen führen, welche sich nachteilig auf die Lebensdauer des Konverterfarbräder auswirken.
Je nach Projektortechnologie werden die werden die Konvertermaterialien nur in Teilbereichen des Trägers aufgebracht und erzeugen somit ein Ungleichgewicht des Konverterrades. Dies ist insbesondere bei der 1-DLP® Chip Technologie der Fall, wo die benötigten Farbkanäle sequentiell erzeugt werden. Bei der 3-DLP® oder 3-LCD Chip Technologie werden die Farbkanäle räumlich superpositioniert und die Konvertermaterialien bilden einen geschlossenen Ring auf dem Ring aus. Auch in diesem Fall kommt es durch Fertigungstoleranzen, beispielsweise auf Grund von Dichteschwankungen des Konvertermaterials oder der Menge an ggfs. verwendetem Haftvermittler zur Fixierung des Konverters auf dem Träger, typischerweise zu einer Unwucht, die kompensiert werden muss.
Die Unwucht eines Konverterrades ist also einerseits durch Fertigungstoleranzen bedingt, kann aber zusätzlich auch durch ein unsymmetrisches Design bedingt sein.
Aus dem Stand der Technik sind hierbei unterschiedliche Möglichkeiten bekannt, dieses Ungleichgewicht auszugleichen und das Konverterrad somit auszubalancieren.
Eine Möglichkeit, die beispielsweise in der US 9 733 469 B2 beschrieben wird, besteht darin, einen Klemmring zur Fixierung des Trägers bereitzustellen, welcher Vorrichtungen in Form von Blindbohrungen zur Aufnahme einer Ausgleichsmasse aufweist. Einige dieser Blindbohrungen werden hierbei mit einem geeigneten Material, beispielsweise einem Polymer oder Harz gefüllt. Somit ändert sich die Masseverteilung des Konverterrades. Je nach Höhe des durch die Füllung erzeugten Massezuwachses und die Position der entsprechend gefüllten Aussparungen kann somit das durch den Konverter erzeugte Ungleichgewicht ausgeglichen und das Konverterrad somit ausbalanciert werden. Nachteilig hierbei ist jedoch das relativ aufwändige Verfahren zum Befüllen der Aussparungen.
Eine weitere Möglichkeit, den Massemittelschwerpunkt des Konverterrades in Übereinstimmung mit der Rotationsachse zu bringen und das Konverterrad somit auszubalancieren, wird in der WO 2019/000329 beschrieben. Hier wird die Unwucht durch im Aufbringen eines Gegengewichtes mit vordefinierter Masse auf dem Träger kompensiert. Das Gegengewicht kann hierbei so angeordnet, dass der Massemittelschwerpunkt des Trägers (ohne Konverter) gegenüber dem Konverter (bezogen auf den Rotationsmittelpunkt) liegt. Durch das Aufbringen des Konverters erfolgt eine Verschiebung des Massemittelschwerpunktes in Richtung der Rotationsachse und somit eine Ausbalancierung des Konverterrades. Jedoch wird auch hier die Gesamtmasse des Konverterrades erhöht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beispielsweise Gewichtsschwankungen des Konverters nicht oder nur schlecht berücksichtigt werden können. Somit kann lediglich eine Grobjustierung erfolgen, während beispielsweise prozessbedingte Masseschwankungen des Konverters nicht berücksichtigt werden. Dies kann sich nachteilig auf die Ausbalancierung auswirken.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein ausbalanciertes Konverterrad bzw. eine Konverterradanordnung mit Motor bereit zu stellen, welches die oben beschriebenen Nachteile bekannter Konverterräder nicht aufweist. Weitere Aufgaben bestehen in der Bereitstellung eines Konverterrades, bei dem zum einen die durch Fertigungstoleranzen bedingte Unwucht kompensiert wird sowie in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Kompensation der durch Aufbau und/oder Fertigungstoleranzen bedingte Unwucht einer Konverterradanordnung. Weiterhin ist es eine Aufgabe, bei Farbrädern mit unsymmetrischem Aufbau die intrinsische Unwucht zu kompensieren.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft eine Konverterradanordnung umfassend zumindest einen scheibenförmigen Träger mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie mit einer Dicke d und einem Radius r, welcher um eine Zentralachse rotierbar angeordnet ist und zumindest eine Konvertereinheit. Die Konvertereinheit umfasst mindestens ein Konvertermaterial und ist auf der Vorderseite des Trägers abgebracht.
Unter einem Konvertermaterial bzw. einem Konversionsmaterial wird im Sinne der Erfindung ein Material verstanden, welches einstrahlendes Licht einer geeigneten Anregungswellenlänge zumindest teilweise in Licht mit einer von der Anregungswellenlänge verschiedenen Wellenlänge umwandelt, wobei das umgewandelte Licht bevorzugt eine größere Wellenlänge aufweist als das Anregungslicht. Die Konvertereinheit wird durch mindestens ein Konversionsmaterial gebildet.
Weiterhin weist die Konverterradanordnung einen Motor zum Antrieb des Konverterrades sowie eine Nabe auf. Das Konverterrad ist dabei auf der Nabe um die Zentralachse rotierbar fixiert.
Bei der erfindungsgemäßen Konverterradanordnung wird eine Unwucht der Konverterradanordnung durch zumindest eine Exzenterscheibe kompensiert. Unter einer Exzenterscheibe wird hierbei eine Scheibe mit einer Öffnung zur Fixierung der Scheibe auf der Nabe verstanden, wobei die Öffnung eine exzentrische Position auf der Scheibe aufweist oder eine exzentrische Positionierung und Fixierung der Exzenterscheibe auf dem Konverterrad ermöglicht. Dabei kann die Öffnung gemäß einer Ausführungsform nicht nur einen Rotations-, sondern auch noch einen Translationsfreiheitsgrad zulassen, um den Massemittelschwerpunkt der Exzenterscheibe festzulegen. Die Position der Öffnung legt allgemein den Rotationsmittelpunkt der Exzenterscheibe fest. Eine Unwucht der Konverterradanordung kann dann also dadurch kompensiert werden, dass der Rotationsmittelpunkt der Exzenterscheibe von ihrem Massemittelschwerpunkt beabstandet ist.
Durch die Exzenterscheibe kann, abhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Erfindung, sowohl eine Grobjustierung als auch eine Feinjustierung der Unwucht der Konverterradanordnung erfolgen. Unter einer Feinjustierung wird im Sinne der Erfindung insbesondere eine Kompensation einer Unwucht von maximal 2000 mg*mm verstanden. Justierungen, mit denen größere Kompensationen, d.h. von mehr als 2000 mg*mm erfolgen, werden als Grobjustierungen bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Exzenterscheibe eine kreisförmige Grundform auf, wobei die Öffnung vom Kreismittelpunkt beabstandet ist. Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Exzenterscheibe einen maximalen Durchmesser d_längs in Längsrichtung sowie einen maximalen Durchmesser d_quer orthogonal zum maximalen Durchmesser d_längs aufweist und der maximale Durchmesser d_längs größer als der maximale Durchmesser d_quer ist. Entsprechende Exzenterscheiben können insbesondere eine ovaloide, bevorzugt eine ovale Grundform aufweisen. Auch Exzenterscheiben mit ei- oder keulenförmigen Grundformen sind möglich. Vorzugsweise liegen Öffnung und/oder Massemittelschwerpunkt der Exzenterscheibe auf einer Achse, welche den maximalen Durchmesser d_längs aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Öffnung als Langloch ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine flexible Positionierung der Exzenterscheibe auf der Nabe durch den mit dem Langloch geschaffenen Translations-Freiheitsgrad. So kann über die jeweilige Fixierungsposition der Exzenterscheibe innerhalb des Langlochs der Rotationsmittelpunkt und somit der Abstand zwischen Rotationsmittelpunkt und Massenmittelschwerpunkt variiert werden. Dies kann insbesondere zur Feinjustierung der Ausbalancierung des Konverterrades eingesetzt werden. Hierbei kann beispielsweise zuvor eine Grobjustierung des Konverterrades durch aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise durch Anbringen von Ausgleichsgewichten auf dem Träger, erfolgen. Nach dieser Grobjustierung erfolgt gemäß einer Ausführungsform die Befestigung der Konvertereinheit auf dem Träger. Nachfolgend wird die Exzenterscheibe angebracht. Die Positionierung der Exzenterscheibe auf der Nabe innerhalb des Langlochs berücksichtigt hierbei den jeweiligen, realen Gewichtzuwachs durch das Aufbringen der Konvertereinheit und ggfs. eines Haftvermittlers sowie den Einfluss der exakten Position der Konvertereinheit auf den Massemittelschwerpunkt des Konverterrades. Die Positionierung kann somit als eine Feinjustierung des Massemittelschwerpunktes des Konverterrades zu dessen Ausbalancierung verstanden werden. Insbesondere können so auch Unwuchten von weniger als 2000 mg*mm, weniger als 1500 mg*mm oder sogar von weniger als 800 mg*mm präzise ausgeglichen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da so auch geringe Schwankungen im Herstellungsprozess, beispielsweise Abweichungen bei Gewicht und Position der Konvertereinheit oder der Menge des eingesetzten Haftvermittlers, individuell ausgeglichen werden können. Bevorzugt erfolgt die Fixierung des Konverterrades und/oder der Exzenterscheibe auf der Nabe durch einen Flansch oder Klemmring.
Der Flansch kann hierbei sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Form aufweisen. Flansche mit einer asymmetrischen, d.h. einer exzentrischen Form, können somit auch zur Grobjustierung der Unwucht eingesetzt werden. Alternativ kann auch die Exzenterscheibe Teil des Flansches sein oder den Flansch bilden.
Alternativ kann die Nabe als Spreizachse ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform erfolgt die Fixierung von Träger und Exzenterscheibe auf der Nabe durch ein AufspreizMittel, wie etwa einen Stift oder eine Schraube.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Exzenterscheibe auf der Rückseite des Trägers angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, da somit die Exzenterscheibe unabhängig von der Position der Konvertereinheit angeordnet sein kann. Auch werden somit Form und/oder Größe der Exzenterscheibe nicht durch die Konvertereinheit gegrenzt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konverterradanordnung mehr als eine, also zumindest zwei, besonders bevorzugt zwei Exzenterscheiben aufweist. Diese können sowohl auf der gleichen als auch auf unterschiedlichen Seiten des Trägers angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind beide Exzenterscheiben an der Nabe fixiert. Dies kann insbesondere mit Hilfe eines Flansches erfolgen. Alternativ bilden die beiden Exzenterscheiben den Flansch und fixieren somit den Träger bzw. das Konverterrad. Bei beiden Ausführungsformen weisen die beiden Exzenterscheiben einen festen Winkel zueinander auf. Hier besteht die Möglichkeit einer weiteren Feinjustierung der Unwucht durch Einstellung des Winkels α zwischen den Mittelachsen der beiden Exzenterscheiben. So können insbesondere durch eine entsprechende Einstellung des Winkels Unwuchten von maximal 2000 mg*mm, bevorzugt von maximal 1500 mg*mm und besonders bevorzugt von maximal 800 mg*mm kompensiert werden.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Konverterradvorrichtung eine erste und eine zweite Exzenterscheibe aufweist, wobei die erste Exzenterscheibe an der Nabe fixiert ist und sich entsprechend mit dem Trägerrad dreht. Die zweite Exzenterscheibe ist auf der ersten Exzenterscheibe drehbar gelagert und dreht sich um die eigene Achse. Somit ist in dieser Ausführungsform der Erfindung kein fester Winkel zwischen den beiden Exzenterscheiben gegeben.
Die Konvertereinheit ist bevorzugt zum Betrieb in Remission ausgebildet. Somit trifft das Anregungslicht auf die erste Seite des Konverterrades. Als Lichtquelle für das Anregungslicht haben sich insbesondere Laser als vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform sind Konvertereinheit und Träger über einen Haftvermittler miteinander verbunden. So kann die Konvertereinheit auf der Oberfläche des Trägers aufgeklebt werden.
Als Konvertermaterialien haben sich keramischen Konvertermaterialien, Phosphor in Glass (PIS), Phosphor in Ceramic (PIC), oder Phosphor in Silicon (PIS) herausgestellt. Vorzugsweise werden keramische Konverter als Bestandteile der Konverterreinheiten verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Konverterrad nur ein Konvertermaterial, welches bevorzugt in Form eines monolithischen Rings auf den Träger aufgebracht wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Konvertereinheit zumindest zwei oder sogar zumindest drei verschiedene Konvertermaterialien zur Erzeugung von Licht mit unterschiedlichen Farborten. In diesen Ausführungsformen werden bevorzugt mehrere Ringsegmente aus verschiedenen Konvertermaterialien auf dem Träger aufgebracht.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Konvertereinheit eine teilkreisringförmige, beziehungsweise kreisringsegmentförmige Form mit einem Bogenwinkel α aufweist. Gemäß einer Ausführungsform liegt der Winkel α im Bereich von 90 bis 320°. Gemäß einer Variante zeigt die Konvertereinheit demnach eine c-förmige Grundform.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Träger zumindest räumlich voneinander getrennte Konvertereinheiten mit einer teilringförmigen oder teilkreisförmigen Form und einem Kreiswinkel α auf. Die entsprechenden Farbräder weisen hierbei im Betrieb zumindest zwei Farbwechsel pro Umdrehung auf. Vorzugsweise sind die Konvertereinheiten bezogen auf den Mittelpunkt des Trägers voneinander gegenüber angeordnet. Durch diese Anordnung können sich die Gewichte der Konvertereinheiten zumindest teilweise ausgleichen und so zu einer zumindest groben Ausbalancierung des Konverterrades führen. Eine Feinjustierung kann hierbei über eine oder mehrere Exzenterscheiben erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbalancierung eines Konverterrades mit einem scheibenförmigen Träger und zumindest einer Konvertereinheit umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen des Konverterrades (1),
b) Berechnung der Unwucht des Konverterrades (1),
c) Bereitstellung zumindest einer Exzenterscheibe (6) mit einer mit einer Öffnung (17) zur Fixierung der Exzenterscheibe (6) auf der Nabe (13), wobei die Öffnung (17) vom Massemittelschwerpunkt (18) der Exzenterscheibe (6) beabstandet ist, wobei Gewicht und Position der Öffnung (17) so gewählt werden, dass die in Schritt b) berechnete Unwucht des Konverterrades (1) kompensiert wird und
d) Fixierung der in Schritt c) bereitgestellten Exzenterscheibe (6).

In Schritt b) erfolgt eine Berechnung der durchschnittlichen Unwucht des Konverterrades basierend auf den durchschnittlichen Gewichten von Konvertereinheit und des ggfs. zur Fixierung der Konvertereinheit verwendeten Mittels, beispielsweise eines Haftvermittlers. Basierend auf dem in Schritt b) errechneten Wert wird dann in Schritt c) zumindest eine Exzenterscheibe ausgewählt, mit deren Gewicht die in Schritt b) berechnete Unwucht ausgeglichen werden kann. In Schritt d) wird die Position der Exzenterscheibe bzw. deren Orientierung auf der Trägerscheibe festgelegt und die Exzenterscheibe wird auf der Nabe fixiert. Auf Grund von prozessbedingten Schwankungen bei der Herstellung des Konverterrades bzw. seiner Komponenten kann die tatsächliche Unwucht des Konverterrades von der in Schritt b) berechneten Unwucht abweichen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Konverterrad daher nach Schritt d) noch eine geringe Unwucht auf. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens kann es sich um eine Grobjustierung der Unwucht handeln.
Gemäß einer Ausführungsform werden in Schritt c) mehrere Exzenterscheiben bereitgestellt und in Schritt d) fixiert. Somit kann beispielsweise das in Schritt b) berechnete, erforderliche Gewicht der Exzenter durch mehrere einzelne Exzenterscheiben, welche in Schritt d) zumindest teilweise übereinander angeordnet fixiert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einem dem Schritt c) nachgelagerten Schritt e) die Unwucht des Konverterrades bestimmt wird. Hierbei wird in Schritt e) anders als in Schritt b) die Unwucht des einzelnen Konverterrades gemessen. Prozessbedingte Gewichtsschwankungen der einzelnen Komponenten des Konverterrades werden somit erfasst und in einem dem Schritt e) nachfolgenden Schritt bei der Kompensation der Unwucht berücksichtigt. Hierbei können diese zusätzlichen Verfahrensschritte als Feinjustierung der Unwucht verstanden werden. Die Kompensierung der in Schritt e) bestimmten Unwucht erfolgt gemäß einer Ausführungsform in Schritt d).
Eine Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht vor, dass in Schritt c) zwei Exzenterscheiben bereitgestellt werden, welche nur teilweise deckungsgleich angeordnet werden. Somit wird durch die beiden Mittelachsen der Exzenterscheiben ein Winkel a gebildet. Dieser wird in einem dem Schritt e) nachgelagerten Schritt so eingestellt, dass die in Schritt e) bestimmte Unwucht kompensiert wird. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Winkels a in Schritt d). Vorzugsweise können durch Einstellung des Winkels a auch sehr kleine Unwuchten von maximal 2000 mg*mm, bevorzugt von maximal 1500 mg*mm und besonders bevorzugt von maximal 800 mg*mm kompensiert werden. Daher eignet sich diese Ausführungsform besonders gut zur Feinjustierung.
Alternativ wird in Schritt c) eine Exzenterscheibe mit einem Langloch als Öffnung bereitgestellt. Nach Bestimmung der Unwucht in Schritt e) erfolgt die Kompensation der Unwucht über die eine Einstellung des Fixierungspunktes auf der Nabe innerhalb des Langlochs.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung näher an Hand der 1 bis 12 beschrieben. Es zeigen:

1 und 2 aus dem Stand der Technik bekannte Farbräder,
3 eine schematische Darstellung einer Exzenterscheibe,
4 eine schematische Darstellung eines Konverterrads mit ringförmiger Konvertereinheit mit der in 3 gezeigten Exzenterscheibe als erstes Ausführungsbeispiel in Aufsicht,
5 eine schematische Darstellung in Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels mit zwei Exzenterscheiben und einem symmetrischen Flansch,
6 eine schematische Darstellung einer Exzenterscheibe mit Langloch,
7 ein eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels mit der in 6 gezeigten Exzenterscheiben,
8 und 9 die schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels in Aufsicht,
10 einen schematischen Querschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel mit einer Spreizachse zur Fixierung des Konverterrades und
11 und 12 die schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels in Aufsicht, bei dem der Flansch durch zwei Exzenterscheiben gebildet wird.

In 1 wird schematisch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Konverterrad in Aufsicht dargestellt. Die Blickrichtung entspricht hierbei der Richtung des einstrahlenden Anregungslichtes. Das Konverterrad umfasst einen kreisförmigen Träger 2 mit einer Konvertereinheit 5, im Folgenden auch als Konverter bezeichnet, sowie einen Flansch bzw. Klemmring 3. Die Rotationsachse 13 des Konverterrads befindet sich im Kreismittelpunkt des Trägers bzw. auf der Nabe (nicht dargestellt). Die Konvertereinheit 5 ist auf dem Träger 2 angeordnet und ist teilkreisförmig, insbesondere ringsegmentförmig mit einem Kreisöffnungswinkel α ausgebildet. Durch das Gegengewicht 9, welches ebenfalls auf dem Träger 2 angeordnet ist, wird die durch die Konvertereinheit 5 induzierte Unwucht teilweise ausgeglichen. Position und Masse des Gegengewichtes 9 werden dabei so gewählt, dass die durch die Konvertereinheit 5 erzeugte Verschiebung des Massemittelschwerpunktes von der Rotationsachse 13 kompensiert wird. Somit liegt durch das Gegengewicht 9 der Massemittelschwerpunkt des Konverterrades auf der Rotationsachse 13. Jedoch wird somit auch die Gesamtmasse des Konverterrades erhöht. Ein weiterer Nachteil des in 1 gezeigten Konverterrades besteht darin, dass das Gegengewicht 9 nur eine Grobjustierung des Massemittelschwerpunktes ermöglicht. Geringfügige Abweichung, beispielsweise durch produktionsbedingte Schwankungen des Gewichtes der Konvertereinheit 5 oder der eingesetzten Menge an Haftvermittler zur Fixierung der Konvertereinheit 5 auf dem Träger 2, werden dagegen nicht berücksichtigt. Eine Feinjustierung ist somit nicht oder nur schwer möglich.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren, aus dem Stand der Technik bekannten Konverterrads. Hier erfolgt neben der auch in 1 gezeigten Grobjustierung zusätzlich eine Feinjustierung des Massemittelschwerpunktes durch Masseabtrag am Klemmring 3. Der Klemmring 3 dient zur Fixierung des Trägers 2 auf der Nabe (nicht dargestellt) und weist Aussparungen 7, 8 auf. Die Aussparungen 8 sind hierbei teilweise mit einem Harz gefüllt und dienen zur Ausbalancierung des Konverterrades. Durch die gefüllten Aussparungen 8 wird hierbei die durch das Gewicht der Konvertereinheit erzeugt Unwucht ausgeglichen, so dass der Massemittelschwerpunkt des Konverterrades mit dessen Rotationsachse 13 zumindest weitgehend übereinstimmt. Das Füllen der Aussparungen 8 erfolgt hierbei nach Aufbringen des Konverters 5 und ist relativ aufwändig, zudem wird das Gesamtgewicht des Konverterrades erhöht. Weiterhin weist der Träger ein Fenster 4 auf, welches insbesondere für Licht der Anregungswellenlänge eine hohe Transmission aufweist.
In 3 wird schematisch in Aufsicht eine Ausführungsform einer Exzenterscheibe 6 gezeigt. Diese weist eine ovale Grundform mit einer Mittenachse 14, einem Massenmittelschwerpunkt 18 und einer Öffnung 17 auf. Die Mittenachse 18 stellt gleichzeitig den maximalen Durchmesser der Exzenterscheibe d_längs dar. Massenmittelschwerpunkt 18 und Öffnung 17 liegen beide auf der Mittenachse 14, sind jedoch voneinander beabstandet. Über die Masse der Exzenterscheibe sowie den Abstand von Öffnung 17 und Massemittelschwerpunkt 18 kann die von der Exzenterscheibe 6 erzeugt Unwucht eingestellt werden. Dies kann vorzugsweise erfolgen, indem die durchschnittliche Unwucht des Konverterrades (ohne Exzenterscheibe) berechnet und entsprechend das Gewicht und die Position des Bohrlochs (und somit der Abstand vom Massemittelschwerpunkt zum Rotationsmittelpunkt der Exzenterscheibe) ausgewählt wird.
4 zeigt schematisch in Aufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel mit der in 3 dargestellten Exzenterscheibe 6. Das in 4 gezeigte Konverterrad 1 weist ohne die Exzenterscheibe 6 durch die teilringförmige Struktur der Konvertereinheit 5 und das Fenster 4 eine intrinsische Unwucht auf. Die Exzenterscheibe 6 wird über die Öffnung 19 an der Nabe 13 mit Hilfe des Flansches 3 fixiert. Die Öffnung 19 ist als Langloch ausgebildet. Somit ist eine variable Fixierung der Exzenterscheibe 6 durch den Flansch 3 über die gesamte Länge des Langlochs 19 möglich. Hierbei wird die Exzenterscheibe 6 so auf dem Träger 2 ausgerichtet, dass die durch die Exzenterscheibe 6 verursachte Unwucht die intrinsische Unwucht des Konverterrades ausgleicht. Eine weitere Feinjustierung, die jedoch in 4 nicht dargestellt wird, ist beispielsweisemöglich, indem beispielsweise aus einem Satz von Exzenterscheiben 6 mit unterschiedlichen Unwuchten eine Exzenterscheibe 6 mit einer Unwucht ausgewählt wird, welche der Größe nach der Unwucht des Konverterrades möglichst gleicht.
5 zeigt schematisch in Aufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem das Konverterrad 1 zwei Exzenterscheiben 60, 61 aufweist. Die beiden Exzenterscheiben 60 und 61 sind in diesem Beispiel beide auf der Vorderseite 11 des Trägers angeordnet und weisen jeweils ein Langloch 19 auf. Durch den Flansch 3 werden die Exzenterscheiben 60, 61 auf der Nabe 13 drehbar fixiert. Die Justierung erfolgt in diesem Beispiel anlog zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Position des Flansches innerhalb der Langlöcher 19 auf den Exzenterscheiben 60, 61 sowie des Gewichtes der Exzenterscheiben 60, 61. Nach der Montage der beiden Exzenterscheiben 60, 61 auf dem Konverterrad 1 kann zusätzlich eine Feinjustierung erfolgen, indem der Winkel α 10 zwischen den beiden Exzenterscheiben 60, 61 eingestellt wird. Der Winkel α 10 ist hierbei der Winkel zwischen den beiden Mittenachsen 14, 15 der beiden Exzenterscheiben 60, 61. Durch den Winkel α 10 kann somit die Masseverteilung des durch die Exzenterscheiben 60, 61 aufgebrachten Ausgleichsgewichtes eingestellt werden. Die Abstände zwischen Massemittelschwerpunkt und Rotationsmittelpunkt der jeweiligen Exzenterscheibe 60, 61 werden bei der in 5 gezeigten Ausführungsform durch die Position des Flansches 3 innerhalb der beiden Langlöcher 19 der Exzenterscheiben 60, 61 festgelegt. Somit kann in der in 5 gezeigten Ausführungsform sowohl eine erste Justierung als auch durch Einstellung des Winkels α eine weitere Feinjustierung des Konverterrades erfolgen. Somit können individuelle Unterschiede in den Unwuchten der Konverterräder, beispielsweise durch Schwankungen in den Gewichten der Konvertereinheiten und/oder der Menge des verwendeten Haftvermittlers, besonders gut berücksichtigt werden.
Eine weitere Ausführungsform, welche eine stufenlose Auswuchtung ermöglicht, wird schematisch in den 6 und 7 dargestellt. In 6 wird eine ovale Exzenterscheibe 62 gezeigt, deren Bohrloch als Langloch 19 ausgebildet ist. Die Orientierung des Langlochs 19 stimmt hierbei mit der Mittenachse 18 überein. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Konverterrades 1 in Aufsicht mit der in 6 dargestellten Exzenterscheibe 62. Zur Fixierung der Exzenterscheibe 62 auf der Nabe wird diese durch das Langloch 19 der Exzenterscheibe 62 geführt und durch den Flansch 3 drehbar fixiert. Hierbei kann der Abstand des Massenmittelschwerpunktes der Exzenterscheibe 62 von deren Rotationsmittelpunkt bzw. der Nabe 3 durch das Langloch 19 stufenlos variiert und somit der jeweiligen Unwucht des Konverterrades 1 angepasst werden. Somit eignet sich die in 7 gezeigte Ausführungsform ebenfalls zur Feinjustierung nach der Montage der Exzenterscheibe 62.
Die 8 und 9 zeigen die schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform. 8 ist hierbei eine perspektivische Darstellung der Vorderseite 11 des Konverterrades 1, in 9 wird die Rückseite 12 desselben Konverterrades 100 schematisch dargestellt. Das Konverterrad 1 weist auf der ersten Seite 11 des Trägers 2 eine ringförmige Konvertereinheit 5 auf. Die Exzenterscheibe 62 weist ein Langloch 18 auf und ist auf der Rückseite 12 des Trägers 2 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Konvertereinheit 5 und Exzenterscheibe 62 nicht auf der gleichen Seite des Trägers 2 angeordnet.
10 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Konverterrades 1, bei dem Träger 2 sowie die beiden Exzenterscheiben 63, 64 mit Hilfe eines Stiftes 21 auf einer Spreizachse 20 fixiert werden.
In den 11 und 12 wird eine weitere Ausführungsform schematisch dargestellt. Die 11 ist hierbei eine perspektivische Darstellung der Vorderseite des Konverterrades 1, in 12 wird die Rückseite 12 desselben Konverterrades 102 schematisch dargestellt. Das Konverterrad 1 weist auf Vorderseite 11 des Trägers 2 eine ringförmige Konvertereinheit 5 sowie eine keulenförmige Exzenterscheibe 65 auf. Eine zweite Exzenterscheibe 66 ist auf der Rückseite 12 des Trägers 2 angeordnet. In dieser Ausführungsform bilden die Exzenterscheiben 65, 66 gleichzeitig den Flansch und fixieren somit den Träger 2 an der Nabe 3. Die Grobauswuchtung erfolgt hier über das Gewicht der Exzenterscheiben 65, 66 sowie der Position des Bohrlochs (nicht dargestellt) auf der Mittenachse 14 bzw. 15 der Exzenterscheiben 65, 66. Über den Winkel a zwischen den beiden Mittenachsen 14, 15 der beiden Exzenterscheiben 65, 66 kann eine Feinjustierung erfolgen.
Bezugszeichenliste

1, 100, 101: Konverterrad
2: Träger
3, 31, 32: Klemmring
4: Fenster
5: Konvertereinheit
6, 61-70: Exzenterring
7: ungefüllte Bohrung
8: Bohrung mit Ausgleichsmasse
9: Ausgleichsgewicht
10: Winkel α
11: Vorderseite
12: Rückseite
13: Nabe
14, 15: Mittelachse
16: Rotationsachse
17: Öffnung
18: Massemittelschwerpunkt
19: Langloch
20: Spreizachse
21: Stift
22: Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9733469 B2 [0007]
WO 2019/000329 [0008]

Claims

Konverterradanordnung umfassend einen Motor, einen scheibenförmigen Träger (2) mit einer Vorderseite (11) und einer Rückseite (12), zumindest eine Konvertereinheit (5), welche auf der Vorderseite des Trägers (2) angeordnet und mit dieser verbunden ist, wobei Träger (2) und Konvertereinheit (5) das Konverterrad (1) bilden, welches über die Nabe (13) mit dem Motor verbunden ist, sowie zumindest eine ringförmige Exzenterscheibe (6) mit einer Öffnung (17) zur Fixierung der Exzenterscheibe (6) auf der Nabe (13), wobei eine Unwucht der Konverterradanordung dadurch kompensiert wird, dass die Öffnung (17) vom Massemittelschwerpunkt (18) der Exzenterscheibe (6) beabstandet ist.
Konverterradanordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Exzenterscheibe (6) einen maximalen Durchmesser d_längs in Längsrichtung sowie einen maximalen Durchmesser d_quer orthogonal zum maximalen Durchmesser d_längs aufweist und der maximale Durchmesser d_längs größer als der maximale Durchmesser d_querist.
Konverterradanordung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Exzenterscheibe (6) eine ovaloide, bevorzugt eine ovale Grundform oder eine keulenförmige Grundform aufweist.
Konverterradanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei Öffnung (17) und/oder Massemittelschwerpunkt (18) der Exzenterscheibe (6) auf einer Achse (14) liegen, welche den maximalen Durchmesser d_längs aufweist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (17) als Langloch (19) ausgebildet ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Exzenterscheibe (6) auf der Rückseite (12) des Trägers (2) angebracht ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Konverterrad (1) und Exzenterscheibe (6) durch einen Flansch (3), bevorzugt durch einen asymmetrischen Flansch (30), auf der Nabe (13) fixiert sind.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Exzenterscheibe (6) einen Teil des Flansches (3) bildet.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Nabe (3) als Spreizachse (20) ausgebildet und Träger (2) und Exzenterscheibe (6) durch ein Aufspreizmittel, insbesondere einen Stift (21) oder eine Schraube auf der Nabe (3) fixiert werden.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konverterradanordnung zumindest zwei, bevorzugt zwei Exzenterscheiben (60, 61) aufweist.
Konverterradanordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei durch Einstellung des Winkels α (10) zwischen den Mittelachsen (14, 15) der Exzenterscheiben (60, 61) eine Unwucht von maximal 2000 mg*mm, bevorzugt von maximal 1500 mg*mm und besonders bevorzugt von maximal 800 mg*mm kompensiert wird.
Konverterradanordnung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei eine der Exzenterscheiben (65, 66) auf der Vorderseite (11) und die andere Exzenterscheibe (66) auf der Rückseite (12) des Trägers (2) angeordnet ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konvertereinheit (5) zum Betrieb in Remission ausgebildet ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konvertereinheit (5) in der Peripherie des Trägers (2) angeordnet ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konvertereinheit und der Träger auf der Vorderseite des Trägers durch einen Haftvermittler miteinander verbunden sind und die Konvertereinheit bevorzugt auf der Vorderseite des Trägers aufgeklebt ist.
Konverterradanordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Konvertereinheit (5) mindestens ein Konvertermaterial ausgewählt aus keramischen Konvertermaterialien, Phosphor in Glass (PIS), Phosphor in Ceramic (PIC), oder Phosphor in Silicon (PIS), bevorzugt mindestens ein keramisches Konvertermaterial umfasst.
Konverteranordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Konvertereinheit (5) zumindest zwei, besonders bevorzugt drei verschiedene keramische Konversionsmaterialien zur Erzeugung von Licht mit unterschiedlichen Farborten, umfasst.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konverterradanordnung weitere Vorrichtungen zum Ausgleichen der Unwucht, vorzugsweise in Form von Gegengewichten auf dem Träger (2) oder gefüllten Bohrungen am Trägerrad (2), in Form von Gegengewichten oder gefüllten Bohrungen am Flansch (3) und/oder durch Materialabtrag am Flansch (3) und/oder dem Trägerrad (2), aufweist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konvertereinheit (5) kreisringsegmentförmig ausgebildet ist, bevorzugt als monolithisches Kreisring-Segment ausgebildet ist.
Konverterradanordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Exzenterscheibe (6) aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium besteht.
Verfahren zur Ausbalancierung eines Konverterrades (1) umfassend zumindest einen scheibenförmigen Träger (2) und eine Konvertereinheit (5), wobei das Konverterrad (1) über eine Nabe (13) mit einem Motor verbunden ist, mit zumindest den folgenden Schritten: a) Bereitstellen des Konverterrades (1), b) Berechnung der Unwucht des Konverterrades (1), c) Bereitstellung zumindest einer Exzenterscheibe (6) mit einer mit einer Öffnung (17) zur Fixierung der Exzenterscheibe (6) auf der Nabe (13), wobei die Öffnung (17) vom Massemittelschwerpunkt (18) der Exzenterscheibe (6) beabstandet ist, wobei Gewicht und Position der Öffnung (17) so gewählt werden, dass die in Schritt b) berechnete Unwucht des Konverterrades (1) kompensiert wird und d) Fixierung der in Schritt c) bereitgestellten Exzenterscheibe (6)
Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei in Schritt c) mehrere, bevorzugt zwei Exzenterscheiben bereitgestellt werden.
Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt e) die Unwucht des Konverterrads (1) bestimmt wird und in einem dem Schritt e) nachfolgenden Schritt eine Kompensierung der in Schritt e) bestimmten Unwucht erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Schritt e) dem Schritt d) vorgelagert ist und die Kompensierung der in Schritt e) bestimmten Unwucht in Schritt d) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei in Schritt c) zumindest zwei Exzenterscheiben (60, 61) bereitgestellt werden und in Schritt d) durch Einstellung des Winkels α (10) zwischen den Mittelachsen (14, 15) der Exzenterscheiben (60, 61) die in Schritt e) bestimmte Unwucht kompensiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei durch Einstellung des Winkels α (10) eine Unwucht von maximal 2000 mg*mm, bevorzugt von maximal 1500 mg*mm und besonders bevorzugt von maximal 800 mg*mm kompensiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei in Schritt c) eine Exzenterscheibe mit einem Langloch (18) als Öffnung (17) bereitgestellt wird und wobei die Position der Fixierung auf der Nabe (13) so eingestellt wird, dass die in Schritt e) bestimmte Unwucht kompensiert wird.