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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Massenausgleich einer rotierenden Spindel nach der im Oberbegriff
von Anspruch 1 näher
definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsmaschine
mit einer rotierenden Spindel gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
10.
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Bei der Bearbeitung von Werkstücken, die auf
einer rotierenden Spindel angebracht sind, ergeben sich Unwuchten,
die sowohl von der Spindel als auch vom Werkstück herrühren. Dies liegt daran, dass
die Rotationsachse der Spindel nicht die Richtung einer Hauptträgheitsachse
aufweist und auch nicht durch den Schwerpunkt der Spindel einschließlich des
Werkstücks
und eines meist vorhandenen Werkstückhalters verläuft. Eine
solche Unwucht verursacht periodisch auftretende Kräfte in den
Spindellagern, was zu Schwingungen der gesamten Bearbeitungsmaschine
und somit wiederum zu Schwingungen der Spindel und des daran angebrachten Werkstücks führt. Letztlich
hat dies Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung zur Folge.
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Die rotierende Spindel selbst sowie
ein gegebenenfalls vorhandener Werkzeughalter könnten zwar ausgewuchtet werden,
da sich die Kontur des Werkstücks
aufgrund der vorgenommenen Bearbeitung jedoch ständig ändert, ist auch eine ständige Änderung
der an der rotierenden Spindel auftretenden Unwucht erforderlich.
Dies gilt speziell bei nicht rotationssymmetrischen Werkstücken, deren
Unwucht sich während
der Bearbeitung ändert.
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Die beschriebene Problematik ergibt
sich bei sämtlichen
Bearbeitungsmaschinen, welche eine rotierende Spindel zur Aufnahme
bzw. Anbringung des Werkstücks
aufweisen, also beispielsweise Dreh- oder Schleifmaschinen. Wenn
die herzustellenden Werkstücke
keine besonders hohe Genauigkeit aufweisen müssen, können diese Schwingungen allerdings
vernachlässigt
werden. Insbeson dere bei der Direktbeaebeitung von Brillengläsern, die
eine asphärische
Oberfläche
aufweisen und mit Diamantdrehwerkzeugen bearbeitet werden, führen die
beschriebenen Schwingungen jedoch zu Oberflächenfehlern sowie zu Maß- und Formungenauigkeiten,
die häufig
nicht hingenommen werden können.
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Aus der
EP 0 682 585 B1 sind eine
Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, mittels welcher rotierende
Werkzeuge ausgewuchtet werden können.
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Auswuchten einer Werkzeugaufnahme sind aus der WO 99/58292 A1
bekannt.
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Auch die
US 6,053,678 beschreibt einen Werkzeughalter,
der mit Einrichtungen zum Auswuchten desselben versehen ist.
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Aus der
EP 0 999 546 A1 ist ein
dynamischer Schwingungsdämpfer
bekannt, welcher in radialer Richtung bewegliche Ausgleichsmassen
aufweist.
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Sämtliche
dieser bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren sind jedoch nicht
geeignet, die aus der sich ändernden
Kontur eines Werkstückes,
welches an einer rotierenden Spindel angebracht ist, sich ergebendenden
Unwuchten auszugleichen bzw. zu kompensieren.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum Massenausgleich einer rotierenden
Spindel zu schaffen, mit der es möglich ist, die durch die aufgrund
einer Bearbeitung veränderte
Kontur eines Werkstücks
hervorgerufenen Unwuchten auszugleichen und auf diese Weise das
Auftreten von Schwingungen der rotierenden Spindel zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Die erfindungsgemäßen wenigstens zwei an der
Spindel angebrachten Ausgleichsmassen drehen sich mit der Rotation
der Spindel, wobei ihre relative Lange zu der Rotationsachse der
rotierenden Spindel während
der Bearbeitung des Werkstücks
verändert
bzw. nachgestellt werden kann. Dadurch lassen sich die Unwuchten,
welche sich während
der Bearbeitung des Werkstücks
kontinuierlich verändern,
in gleicher Weise kontinuierlich ausgleichen, indem die Hauptträgheitsachse
der Konfiguration aus Spindel, Werkstück und Ausgleichsmassen mit
der Drehachse zusammenfallen. Diese zwei Ausgleichsmassen sind so
ausgestaltet und geführt,
dass die Spindel mitsamt dem darin eingespannten Werkstück zu jedem
Zeitpunkt bezüglich
ihrer Drehachse ausgewuchtet ist, was im Idealfall dazu führt, dass
die bestehenden Lagerreaktionskräfte
ausgeglichen werden und somit an den Spindellagern keinerlei von
der Rotation der Spindel hervorgerufenen, dynamischen Reaktionskräfte auftreten.
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Auf diese Weise ergibt sich durch
die Exzentrizität
der erfindungsgemäßen Ausgleichsmassen also
ein aktiver Massenausgleich der Spindel in Abhängigkeit von der momentanen
Form des Werkstücks
bzw. von der von demselben erzeugten Unwucht.
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Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung an wenigstens einer Lagerstelle der Spindel wenigstens
ein Sensor zum Messen der auf die Lagerstelle einwirkenden Kräfte vorgesehen
ist, so können
die Schwingungen, die die Unwucht der Spindel und des daran angebrachten
Werkstückes
auf die Lagerstellen ausüben,
gemessen werden, um die Ausgleichsmassen entsprechend einzustellen.
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Eine solche Messung ist bereits vor
Beginn der Bearbeitung des Werkstücks sinnvoll, da bereits das
nicht bearbeitete Werkstück
eine Unwucht haben kann, die mittels der erfindungsgemäßen Ausgleichsmassen
kompensiert werden kann. Da die Maschinensteuerung während der
Werkstückbearbeitung aufgrund
der vorgenommenen Bearbeitungsschritte die durch das sich verändernde
Werkstück
hervorgerufene Unwucht kennt, lässt
sich diese durch entsprechendes, von der Maschinensteuerung beeinflusstes
Einstellen der Ausgleichsmassen ausgleichen.
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Alternativ hierzu ist es möglich, zwischen einzelnen
Bearbeitungsschritten jeweils eine neue Messung der an den Lagerstellen
der Spindel auftretenden Kräfte
vorzunehmen und die Ausgleichsmassen dementsprechend einzustellen.
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Eine Bearbeitungsmaschine mit einer
rotierenden Spindel, an welcher ein zu bearbeitendes Werkstück angebracht
ist, und mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ergibt sich aus Anspruch 10.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen
Unteransprüchen
sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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Es zeigt:
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1 Eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Ausgleichsmasse;
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2 Eine
Ansicht der Ausgleichsmasse gemäß dem Pfeil
II aus 1;
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3 Eine
schematisierte Darstellung der Ausgleichsmasse aus 1;
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4 Die
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei schematisierten Ausgleichsmassen gemäß 3;
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5 Die
Ausgleichsmasse einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 Eine
schematisierte Darstellung der Ausgleichsmasse aus 5;
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7 Die
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei schematisierten Ausgleichsmassen gemäß 6,
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8 Die
Vorrichtung aus 7 in
einer anderer Stellung der Ausgleichsmassen;
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9 Eine
weitere Stellung der beiden Ausgleichsmassen der Vorrichtung aus 7 und 8;
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10 Eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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11 Eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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12 Eine
fünfte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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13 Eine
sechste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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14 Eine
schematisierte Ansicht der Vorrichtung aus 13;
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15 Eine
schematisierte Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
und
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16 Eine
andere Stellung der Ausgleichsmassen der Vorrichtung aus 15.
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1 zeigt
in schematisierter Darstellung eine Spindel 1, welche um
eine Drehachse 2 rotiert. Die Spindel 1 wird durch
eine gestrichelt dargestellte Antriebseinrichtung 3, beispielsweise
einen Elektromotor, angetrieben und ist auf der gegenüberliegenden
Seite der Antriebseinrichtung 3 mit einem Werkstückhalter 4 versehen.
In dem Werkstückhalter 4 ist ein
Werkstück 5 aufgenommen,
welches somit in an sich bekannter Weise der Rotation der Spindel 1 folgt.
Gegebenenfalls könnten
an der Spindel 1 auch mehrere Werkstücke 5 angebracht sein.
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Bei dem Werkstück 5 handelt es sich
im vorliegenden Fall um ein Brillenglas, welches auf seiner dem
Werkstückhalter 4 abgewandten
Fläche
mit einer asphärischen,
nicht rotationssymmetrischen Topographie versehen werden soll, wie
z.B. bei Gleitsichtgläsern
aus Kunststoff üblich.
Hierzu dient im vorliegenden Fall ein Werkzeug 6, beispielsweise eine
Diamant-Drehmeißel, der
im wesentlichen in der Ebene des Werkstücks 5 und somit senkrecht
zu der Drehachse 2 der Spindel 1 bewegt wird.
Selbstverständlich
weist das Werkzeug 6 bei der Bearbeitung des Werkstücks 5 jedoch
auch Bewegungskomponenten in Richtung der Drehachse 2 auf.
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Die Spindel 1 ist im vorliegenden
Fall an zwei Lagerstellen 7 und 8 gelagert. Durch
die Spindel 1, den Werkstückhalter 4 und insbesondere
durch die sich während
seiner Bearbeitung verändernde
Kontur des Werkstücks 5 ergibt
sich an der Spindel 1 eine Unwucht, die zu Schwingungen
in den Lagerstellen 7 und 8 führt. Um diese Schwingungen
zu beseitigen bzw. erheblich zu verringern, dient eine Vorrichtung 9 zum
Massenausgleich der Spindel 1, welche an derselben angebracht
ist und im folgenden näher
beschrieben wird.
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Die Vorrichtung 9 weist
zwei Ausgleichsmassen 10 und 11 auf, welche so
an der Spindel 1 angebracht sind, dass sie mit derselben
rotieren. Um einen möglichst
guten Massenausgleich zu erhalten, weisen die beiden Ausgleichsmassen 10 und 11 einen
möglichst
großen
axialen Abstand voneinander auf.
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In 2 ist
die Ausgleichsmasse 10 in einer Vorderansicht dargestellt.
Die Ausgleichsmasse 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel
mit einem Langloch 12 versehen und lässt sich somit in senkrechter Richtung
zu der Drehachse 2 entlang des mit "A" bezeichneten
Doppelpfeils verstellen. Durch diese Bewegung senkrecht zu der Drehachse 2 ist
der Schwerpunkt der Ausgleichsmasse 10 unterschiedlich
weit von der Drehachse entfernt, was zu einer Exzentrizität bzw. einer
Unwucht führen
bzw. im vorliegenden Fall dieselbe gezielt verändern kann. Des weiteren ist
es möglich,
die Ausgleichsmasse 10 gemäß dem mit „B" bezeichneten Doppelpfeil in radialer Richtung
gegenüber
der Drehachse 2 zu verdrehen, also den mit „α" bezeichneten Winkel
der Ausgleichsmasse 10 zu verstellen. Eine Nulllage der
Ausgleichsmasse 10, von der der Winkel α gemessen wird und die selbstverständlich vollkommen
frei gewählt
ist, ist in den 3 und 4 gestrichelt angedeutet.
Die Einrichtungen, die zur Verstellung der Ausgleichsmassen 10 entlang
der Pfeile A und B erforderlich sind, werden später beispielhaft erläutert.
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Die Lagerstellen 7 und 8 der
Spindel 1 sind jeweils mit Sensoren 13 und 14 versehen,
welche die auf die Lagerstellen 7 und 8 einwirkenden
Kräfte messen.
Abhängig
vom Betrag und der Phasenlage bezüglich der Spindeldrehung dieser
Reaktionskräfte wird
dann von einer in 1 lediglich
angedeuteten Steuereinrichtung 15 die Unwucht der Spindel 1 festgestellt
und es werden die beiden Ausgleichsmassen 10 und 11,
gesteuert von der Steuereinrichtung 15, so entlang der
Pfeile A und B verstellt, dass diese Unwucht ausgeglichen und somit
ein Massenausgleich der Spindel 1 erreicht ist. Dieser
Massenausgleich geschieht vorzugsweise bereits vor der Bearbeitung des
Werkstücks 5.
Da die Steuereinrichtung 15 in nicht detailliert beschriebener,
jedoch an sich bekannter Art und Weise auch die Bearbeitung des Werkstücks 5 steuert
und somit zu jedem Zeitpunkt die durch das Werkstück 5 hervorgerufene
Unwucht der Spindel 1 kennt, ist sie in der Lage, die relative Lage
der beiden Ausgleichsmassen 10 und 11 gegenüber der
Spindel 1 auch während
der Bearbeitung des Werkstücks 5 abhängig von
dessen momentaner Form zu verändern,
und zwar in gleicher Weise wie oben beschrieben. Dadurch wird also
die Lage der Ausgleichsmassen 10 und 11 gegenüber der
Spindel 1 während
der Bearbeitung des Werkstücks 5 abhängig von
dessen momentaner Form verändert.
Die anfängliche
Verstellung der Ausgleichsmassen 10 und 11 wird
vorzugsweise bereits vor der Bearbeitung des Werkstücks 5 festgelegt. Gegebenenfalls
kann zwischen zwei Bearbeitungsschritten auch eine weitere Messung
mit Hilfe der Sensoren 13 und 14 erfolgen.
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3 zeigt
dieAusgleichsmasse 10 in schematisierter Darstellung. Der
mit „S" bezeichnete Schwerpunkt
der Ausgleichsmasse 10 weist demnach einen mit „R" bezeichneten Abstand
von der Drehachse 2 auf, der wie oben beschrieben in Richtung
des Pfeiles A verändert
werden kann. Die hierfür erforderlichen
Antriebseinrichtungen sind wiederum nicht dargestellt. Der Schwerpunkt
S kann des weiteren um den Winkel α gemäß dem Pfeil B um die Drehachse 2 verdreht
werden. Der Schwerpunkt S kann hierbei auch so verschoben werden,
dass er auf der Drehachse 2 liegt und somit für sich keine
Unwucht an der Spindel 1 erzeugt. Die in 3 dargestellte Ausgleichsmasse 10 besitzt
somit zwei Freiheitsgrade, nämlich
den Abstand R des Schwerpunkts S von der Drehachse 2 sowie
den Winkel α.
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In 4 ist
neben der bereits in 3 dargestellten
Ausgleichsmasse 10 auch die zweite Ausgleichsmasse 11 dargestellt,
die im vorliegenden Fall identisch ausgeführt ist. Auf diese Weise kann
auch der Schwerpunkt S' der
zweiten Ausgleichsmasse 11 unabhängig von der Bewegung der ersten
Ausgleichsmasse 10 entlang des Radius R' verschoben und um den Winkel α' verdreht werden.
In der gezeigten Stellung unterscheiden sich dabei sowohl die jeweiligen
Abstände
R bzw. R' als auch
die Winkel α bzw. α' der beiden Ausgleichsmassen 10 und 11.
Diese in 4 dargestellte
Vorrichtung 9 weist somit vier Freiheitsgrade auf, die
es ermöglichen,
jede beliebige Unwucht der Spindel 1 auszugleichen, wobei
die Grenzen der hierzu vorgenommenen, möglichen Verstellung durch den
maximalen Abstand R bzw. R' des Schwerpunktes
S bzw. S' von der
Drehachse 2 sowie den massemäßigen Betrag der beiden Ausgleichsmassen 10 und 11 festgelegt
sind. Dabei müssen
die jeweiligen Massen m und m' der
beiden Ausgleichsmassen 10 und 11 sowie deren
Abstand R und R' nicht
identisch sein.
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Die zum Verdrehen der Ausgleichsmassen 10 und 11 gemäß dem Pfeil
B erforderlichen Antriebseinrichtungen sind auch hier nicht dargestellt. Diese
sind jedoch so ausgeführt,
dass die Ausgleichsmassen 10 und 11 insbesondere
auch während
ihrer Verdrehung mit der Spindel 1 rotieren und um einen
Winkel α von
360° verstellt
werden Können.
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Die 5 bis 9 zeigen eine alternative
Ausführungsform
der Vorrichtung 9, bei welcher wiederum zwei Ausgleichsmassen 10 und 11 eingesetzt werden.
Jede dieser Ausgleichsmassen 10 und 11 weist dabei
jeweils zwei Massenelemente 10a und 10b bzw. 11a und 11b auf,
von denen in den 5 und 6 lediglich das Massenelement 10a dargestellt ist.
Das Massenelement 10a ist, wie auch die vorzugsweise identisch
ausgeführten
Massenelemente 10b, 11a und 11b, um einen
Winkel α gegenüber der Drehachse 2 der
Spindel 1 verdrehbar. Allerdings ist der Abstand R des
Schwerpunktes S des Massenelementes 10a fest und kann nicht
variiert werden.
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Um dennoch die Lage des Schwerpunktes S" der gesamten Ausgleichsmasse 10 beliebig
verstellen zu können,
werden, wie in 7 dargestellt, die
beiden Massenelemente 10a und 10b bzw. deren Schwerpunkte
S und S' jeweils
für sich
gemäß dem Pfeil
B um den Winkel α bzw. α' verdreht, was zu
einem resultierenden Schwerpunkt S" der gesamten Ausgleichsmasse 10 führt, der
dann sowohl bezüglich
eines Abstandes R" von
der Drehachse 2 als auch bezüglich seines Winkels α'' im Rahmen der durch die Dimensionierung
gegebenen Grenzen beliebig einstellbar ist. Gleiches gilt auch für die in 7 ebenfalls dargestellten
Massenelemente 11a und 11b der zweiten Ausgleichsmasse 11.
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Gegenüber der in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsform
der Vorrichtung 9 ist dabei zwar ein höherer Materialeinsatz erforderlich,
es kann allerdings auf die Verstellbarkeit der Ausgleichsmassen 10 und 11 in
axialer Richtung gegenüber
der Spindel 1 verzichtet werden, was eine einfachere Konstruktion
ermöglicht.
Die beiden Schwerpunkte S und S' der
Massenelemente 10a und 10b liegen dabei in einer
Ebene, die senkrecht zu der Drehachse 2 der Spindel 1 liegt.
Bei einer konstruktiven Lösung muss
lediglich dafür
gesorgt werden, dass sich die beiden Massenelemente 10a und 10b während ihrer Verdrehung
um die Drehachse 2 gemäß dem Doppelpfeil
B nicht be hindern. Dies kann leicht dadurch erreicht werden, dass
die beiden Massen m und m' und
Radien R und R' verschieden
gewählt
werden, mit der Nebenbedingung m·R = m'·R'.
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Die 8 und 9 zeigen weitere Stellungen der
Massenelemente 10a und 10b, mit denen bestimmte
Unwuchten der Spindel 1 kompensiert werden können. Hier
ist ebenfalls erkennbar, wie der resultierende Schwerpunkt S'' des Ausgleichselementes 10 aus
den Schwerpunkten S und S' der
Massenelemente 10a und 10b entsteht.
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In 10 ist
eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung 9 schematisch dargestellt, welche wiederum
eine Ausgleichsmasse 10 mit zwei Massenelementen 10a und 10b aufweist.
Die beiden Massenelemente 10a und 10b sind jeweils
entlang der Doppelpfeile A und A' senkrecht
zu der Drehachse 2 in linearer Richtung, also innerhalb
einer Ebene, verschiebbar. Hierzu können beispielsweise Linearantriebe
verwendet werden. Beide Massenelemente 10a und 10b besitzen
wiederum einen jeweiligen Schwerpunkt S und S' sowie eine Entfernung R und R' von der Drehachse 2.
Dies führt
zu einem resultierenden Schwerpunkt S'',
einem resultierenden Abstand R'' des Schwerpunktes
S'' von der Drehachse 2 und
einem resultierenden Winkel α'' . Die Schwerpunkte S und S' können durch
eine geeignete, hier nicht dargestellte konstruktive Lösung auch über den Mittelpunkt
der Drehachse 2 hinweg bewegt werden, ohne sich gegenseitig
zu behindern.
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Durch entsprechendes Anordnen der
beiden Massenelemente 10a und 10b lassen sich
also auch bei der Ausführungsform
gemäß 10 die statischen Unwuchten
der Spindel 1 ausgleichen, so dass die gleiche Wirkung
wie mit der Vorrichtung 9 gemäß den 1 bis 4 und
derjenigen gemäß der 5 bis 9 erzielt wird. Wenn zusätzlich zu
der Ausgleichsmasse 10 mit den beiden Massenelementen 10a und 10b gemäß 10 auch eine zweite Ausgleichsmasse 11 mit
entsprechenden Massenelementen 11a und 11b in
einem Abstand von der Ausgleichsmasse 10 entlang der Drehachse 2 der
Spindel 1 vorgesehen ist, so kön nen sämtliche Unwuchten derseiben, also
sowohl statische als auch dynamische Unwuchten, ausgeglichen werden.
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Eine beispielhafte Antriebseinrichtung
16 zum Verstellen der Ausgleichsmassen 10 oder 11 zeigen 11 und 12. Die Spindel 1 ist dabei
von einer Manschette 17 umgeben, in welcher die Spindel 1 drehbar
gelagert ist. Die Manschette 17 ist mit einem Zulauf 18 versehen, über den
Hydraulikflüssigkeit
in einen Spalt 19 zwischen der Manschette 17 und
der Spindel 1 eingeleitet werden kann. An den Spalt 19 schließt sich
ein innerhalb der Spindel 1 sich befindlicher Kanal 20 an,
der wiederum in ein Gehäuse 21 mündet, welches
ebenfalls Teil der Antriebseinrichtung 16 ist. Die Ausgleichsmasse 10 ist
hierbei durch eine Kugel gebildet, welche innerhalb einer Bohrung 22 in
dem Gehäuse 21 in
Richtung des Doppelpfeils A von der Drehachse 2 der Spindel 1 weg oder
zu derselben hin bewegt werden kann.
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Bei der sehr ähnlichen Ausführungsform
gemäß 12 wurde auf die Kugel verzichtet
und die Hydraulikflüssigkeit
bildet alleine die Ausgleichsmasse 10 und kann in radialer
Richtung gegenüber
der Spindel 1 verstellt werden. Die Hydraulikflüssigkeit wird
dabei gegen ein Gaspolster 22a gedrückt. Wegen der Fliehkräfte müsste die
Hydraulikflüssigkeit dann
in das Arbeitsvolumen von außen
einfließen, wie
in 12 gezeigt. Die Antriebseinrichtungen
gemäß der 11 und 12 sind beispielsweise für das in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 9 geeignet, wenn sie in einer entsprechenden Anzahl
eingesetzt wird.
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Die 13 und 14 zeigen in schematischer Darstellung
zwei miteinander verbundene, gemeinsam als Antriebseinrichtung 16 fungierende
Planetengetriebe 23 und 24, durch welche ebenfalls
eine Verstellung der Ausgleichsmassen 10 oder 11 erreicht
werden kann. Die beiden Planetengetriebe 23 und 24 sind
insbesondere für
die in den 5 bis 9 beschriebene Vorrichtung 9 geeignet,
da dort der bereits vorhandenen Drehbewegung lediglich eine zusätzliche
Komponente überlagert
werden muss, und zwar die Verdrehung um den Winkel α. Das erste
Planetengetriebe 23 weist ein Sonnenrad 25 auf,
welches fest mit der Spindel 1 verbunden ist. Das Planetengetriebe 24 ist
ebenfalls mit einem Sonnenrad 26 versehen, an welchem die
Bewegung auftritt, die auf die rotierende Spindel 1 übertragen
werden soll. Um das Sonnenrad 25 laufen im vorliegenden
Fall zwei Planetenräder 27 um,
welche mit einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad 28 in
Eingriff stehen. Dabei ist das Hohlrad 28 des Planetengetriebes 23 blockiert
bzw. steht fest.
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Auch das Planetengetriebe 24 weist
zwei Planetenräder 29 auf,
welche über
nur angedeutete Achsen 30 mit den Planetenrädern 27 des
Planetengetriebes 23 in Verbindung stehen. Sowohl die Planetenräder 27 als
auch die Planetenräder 29 können sich
frei auf den Achsen 30 drehen. Wie die Planetenräder 27 des
ersten Planetengetriebes 23 stehen auch die Planetenräder 29 des
zweiten Planetengetriebes 24 sowohl mit dem Sonnenrad 26 als
auch mit einem Hohlrad 31 in Eingriff. Das Hohlrad 31 ist
aber um die Spindel 1 drehbar und an seiner Außenseite mit
einer nur sehr schematisch dargestellten Antriebseinrichtung 32 versehen.
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Bezüglich ihrer konstruktiven Auslegung
sind die beiden Planetengetriebe 23 und 24 ansonsten identisch,
d.h. die Sonnenräder 25 und 26,
die Planetenräder 27 und 29 sowie
die Hohlräder 28 und 31 weisen
jeweils identische Zähnezahlen
und Durchmesser auf.
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Das zweite Planetengetriebe 24 ist
in 13 in einer Vorderansicht
dargestellt. Wird das Hohlrad 31 des Planetengetriebes 24 z.B.
durch die Antriebseinrichtung 32 festgehalten, so laufen
die beiden Sonnenräder 25 und 26 exakt
gleich, eine zwischen den beiden zu Anfang der Betrachtung gegebene Phasenbeziehung
bleibt jedoch bestehen. Wird an dem Hohlrad 31 in Richtung
des mit „C" bezeichneten Pfeils
gedreht, beispielsweise mit Hilfe der Antriebseinrichtung 32,
so wird eine gleichläufige
Drehung der Planetenräder 29 erzwungen,
was zu einer gegenläufigen
Bewegung des mit der Spindel 1 verbundene Sonnenrads 26 führt. Der
Winkel der Drehung des Sonnenrads 26 führt. Der Winkel der Drehung des
Sonnenrades 26 steht dabei in einem festen Verhältnis zu
dem Winkel der äußeren Drehung
des Hohlrades 31. Auf diese Weise ist es also möglich, eine
Rotation auf die Spindel 1 zu übertragen. Selbstverständlich tritt
dieser Effekt sowohl bei nicht rotierender als auch bei rotierender
Spindel 1 auf, mit dem Unterschied, dass die Achsen 30 bei
rotierender Spindel 1 ebenfalls um dieselbe umlaufen. Dabei
ist das Sonnenrad 26 vorzugsweise mit einer nicht dargestellten
Unwucht versehen, um somit als eine der Ausgleichsmassen 10 bzw. 11 zu
dienen. Die zuvor beschriebene Kombination zweier Planetengetriebe 23 und 24,
die eine additive Bewegung auf die drehbare Spindel 1 überträgt, lässt sich
auch variieren, indem man die Rolle des festgehaltenen und des verstellbaren
Hohlrads 28 bzw. 31 mit Antrieb genau vertauscht.
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Sollen zwei rotatorische Freiheitsgrade
auf die rotierende Spindel 1 übertragen werden, so muss lediglich
ein drittes Planetengetriebe vorgesehen sein, welches auf der dem
zweiten Planetengetriebe 24 gegenüberliegende Seite des ersten
Planetengetriebes 23 angeordnet wäre.
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In den 14 und 15 ist eine Ausgleichseinrichtung 33 dargestellt,
welche dazu dient, eine Taumelkomponente auszugleichen, welche dann übrig bleibt,
wenn lediglich die Unwucht des Schwerpunktes mittels der Vorrichtung 9 ausgeglichen
wird. Die Ausgleichseinrichtung 33 weist eine Hilfsmasse 34 auf,
welche mit zwei Massenelementen 34a und 34b versehen
ist und deren Schwerpunkt auf der Drehachse 2 der Spindel 1 liegt.
Die Hilfsmasse 34 könnte beispielsweise
in der Form einer Scheibe oder einer Hantel ausgebildet sein, an
deren Ende die Massenelemente 34a und 34b angeordnet
sind. Die Hilfsmasse 34 kann mit ihrer Hauptträgheitsachse
parallel zur Drehachse 2 der Spindel 1 ausgerichtet
werden, so dass sie keinerlei dynamische Kräfte ausübt.
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Die auf der Drehachse 2 angeordnete
Hilfsmasse 34 besitzt zwei Freiheitsgrade, nämlich den Orientierungswinkel α gegenüber der
Drehachse 2 sowie den in 15 angegebenen
Winkel β,
den die Hauptträgheitsachse
der Hilfsmasse 34 mit der Drehachse 2 einschließt. Um diese
beiden Winkel kann die Hilfsmasse 34 verkippt werden. Mit
der Ausgleichseinrichtung 33 lassen sich somit lediglich
Taumelmomente ausgleichen. Ein vollständiger Massenausgleich ergibt
sich durch eine der oben beschriebenen Vorrichtungen 9,
mit denen der Schwerpunkt der auszuwuchtenden Drehachse 2 auf
die Drehachse 2 verlegt wird, sowie der Ausgleichseinrichtung 33.
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Das beschriebene Ausgleichen von
Taumelmomenten setzt voraus, dass bereits zuvor mit einer Vorrichtung 9 in
einer der beschriebenen Ausführungsformen
dafür gesorgt
wurde, dass der Schwerpunkt S der gesamten Anordnung aus Spindel 1, Werkstück 5 und
Ausgleichsmassen 10 und 11 auf der Drehachse 2 liegt.
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Prinzipiell sind auch Kombinationen
der einzelnen Ausführungsformen
der Vorrichtung 9 denkbar, wobei stets das Prinzip der
Verstellung der relativen Lage der beiden Ausgleichsmassen 10 und 11 zur
Spindel 1 während
der Rotation derselben angewandt wird.
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Wenn in einzelnen Ausführungsbeispielen angegeben
ist, dass die Schwerpunkte S der Ausgleichsmassen 10 und 11 bzw.
der Massenelemente 10a, 10b, 11a, 11b, 34a und 34b in
einer gemeinsamen, zur Drehachse 2 senkrechten Ebene verlaufen, so
erlaubt dies eine einfachere Berechnung der für die Auswuchtung notwendigen
Ansteuergrößen. Falls
die Steuereinrichtung 15 jedoch eine entsprechende Rechenkapazität besitzt,
kann auf diese Bedingung sogar verzichtet werden.