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Die
Erfindung betrifft ein Auswuchtverfahren für sich drehende Farbräder, eine
Auswuchtvorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sowie ein mit dem Verfahren ausgewuchtetes Farbradmodul.
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Theoretisch
kann sich eine drehende Platte auf stationäre und ausgeglichene Weise
um die zugehörige
Spindel drehen. In der Praxis ist jedoch aufgrund natürlicher
Herstellmängel
oder Zusammenbauproblemen die Substanz der sich drehenden Platte
nicht immer gleichmässig
verteilt. Im Ergebnis treten Schwingungen auf, wenn sich die Platte
dreht. Obwohl die Schwingungsamplitude in einigen Fällen nicht
wesentlich ist, wird die Schwingung bei präzisen optischen Instrumenten
ein kritischer Faktor, wenn die benötigte Präzision nicht gewährleistet
werden kann.
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Ein
Beispiel ist ein Farbradmodul. Farbradmodule werden in Bildanzeigevorrichtungen
in weitem Umfang verwendet. Ein Farbradmodul besteht aus einer Anzahl
von miteinander verbundenen Farbfilterfilmen. Durch seine Drehung
wird die Farbe des einfallenden Lichts moduliert, um für Lichtstrahlen
zu sorgen, deren Farbe sich mit schneller Frequenz sequenziell ändert, so
dass die Bildanzeigevorrichtung für die erforderliche Bilderzeugung
sorgen kann. Wenn das Farbradmodul die Farbe des einfallenden Lichts
durch Rotation umschaltet, wird es ein wichtiger Punkt, dass es
ausgewuchtet ist.
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Herkömmliche
Auswuchtverfahren versuchen meistens, den Unwuchtort durch tatsächliches Antreiben
einer Platte 11 zu bestimmen. Wie es in der 1A dargestellt
ist, wird eine Platte 11 mittels eines Motors 12 drehend
angetrieben. Wegen einer Unwuchtmasse M der Platte erzeugt diese
während der
Drehung eine Zentrifugalkraft, die zu Schwingungen führt. Ein
Sensor, wie ein Beschleunigungsmesser, kann dazu verwendet werden,
die Amplitude und den Phasenwinkel der Schwingung zu erfassen. Auf Grundlage
dieser Werte können
die Unwuchtmasse M und ihr Phasenwinkel Θ ermittelt werden. Darüber hinaus
können
die Platte 11 und der Motor 12 auf einer durch
Federn 14 gehaltenen Aufhängefläche 13 montiert sein,
um Wechselwirkungen mit der Montageebene, wie einer Tischfläche, auf
der die Platte 11 angetrieben wird, zu vermeiden.
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Zum
Berechnen des unausgewuchteten Zustands sei auf die 1B verwiesen.
Wenn die Unwuchtmasse M und der Phasenwinkel einer Platte 11 bekannt
sind, existieren zwei übliche
Vorgehensweisen zum Beseitigen des Problems, nämlich Hinzufügen oder
Entfernen einer entsprechenden Masse. Hersteller haben sich dazu
entschieden, eine zusätzliche
Masse an einem Ort anzubringen, der um 180° gegen die Unwuchtmasse M versetzt
ist, um die Schwingung zu beseitigen. Es ist auch möglich, am Ort
der Unwuchtmasse M eine entsprechende Masse zu entfernen, um die
Schwingung zu beseitigen. In der Praxis können jedoch der Ort und die
Menge der Unwuchtsubstanz M nicht so genau berechnet werden, wie
es erwünscht
ist. In den meisten Fällen
werden nur Näherungswerte
erzielt. Dann wird eine empirische Korrektur versucht. Zum Beispiel
kann ein Ausbohrverfahren zum Entfernen von Masse verwendet werden.
Wenn die Unwuchtmasse M der Platte 1 erhalten wird, kann
am Ort, an dem diese sich befindet, ein kleines Loch gebohrt werden,
um eine ausgewählte
Substanzmenge zu entfernen. Dann wird ein Testlauf ausgeführt. Wenn
das Ergebnis nicht zufriedenstellend ist, wird ein anderes kleines
Loch gebohrt. Wenn zu viele Löcher
auf einer Seite gebohrt sind, wird auf der diagonalen Seite ein kleines
Loch gebohrt. Der Prozess wird wiederholt ausgeführt, bis die Platte 11 ausgewuchtet
ist. Ein derartiges Auswuchtverfahren ist ineffizient. Daher ist es
selbst dann nicht wünschenswert,
wenn schließlich
ein Auswuchten erzielt ist. Das Auswuchtergebnis kann nur innerhalb
der Toleranzbereiche der Messung und der Berechnung liegen.
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DE-PS
695 245 beschreibt ein Verfahren zum Auswuchten von Maschinenteilen,
beispielsweise von Läufern
elektrischer Maschinen oder Ventilatoren, bei dem ein mit dem Maschinenteil
umlaufender Hohlkörper
mit einem erhärtbaren
Stoff gefüllt
ist. Als erhärtbarer
Stoff kann hierbei zum Beispiel eine Mischung aus Zement, Wasser
und Sand eingesetzt werden. Beim Drehen des Maschinenteils verteilt sich
der fließfähige Stoff,
um eine vorhandene Unwucht auszugleichen und erhärtet in diesem Zustand.
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DE 44 17 194 A1 betrifft
ein Auswuchtverfahren für
rotierende Hohlkörper,
bei dem in einem Hohlraum des Hohlkörpers ein Ausgleichsmedium
eingebracht wird, das zunächst
fließfähig ist
und später
erstarrt. Das zunächst
fließfähige und
später
aushärtende
Material kann dabei beispielsweise ein Zweikomponenten-Kunstharz
oder Flüssigmetall
oder ähnliches
sein, dem ein Füllstoff
mit geringer Körnung
und hohem spezifischen Gewicht beigefügt ist.
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GB 679,522 beschreibt ein
Verfahren zum Auswuchten einer rotierenden Masse, bei dem spezielle
Scheiben mit jeweils einem rohrförmigen
Außenumfangsring
gemeinsam mit der auszuwuchtenden rotierenden Masse auf einer Welle
montiert werden. In den Außenumfangsringen
befindet sich ein durch Wärmeeinwirkung
flüssigwerdendes
Material, wie beispielsweise Blei oder Dichtungswachs oder dergleichen,
das einen Schmelzpunkt hat, der geringer als der Schmelzpunkt des
Scheibenmaterials ist. Zum Auswuchten wird das Material in den rohrförmigen Ringen
durch Wärmeeinwirkung
aufgeschmolzen und verteilt sich im flüssigem Zustand entsprechend
der Unwucht, um diese auszugleichen. Nach dem Auswuchten erhärtet das
Material, sobald die Wärmezufuhr
abgeschaltet wird.
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DE 101 00 627 A1 betrifft
ein medizinisches oder dentalmedizinisches Handinstrument mit einer Unwuchtausgleichsvorrichtung
und ein Verfahren zum Auswuchten des Handinstruments, bei dem auf einer
Antriebshülse
ein Turbinenrad drehfest angeordnet ist. In dem Turbinenrad selbst
oder in einem Zusatzteil ist ein Ringraum vorgesehen. Zum Auswuchten
des Turbinenrads und eines gegebenfalls an der Antriebshülse befestigten
Werkzeugs ist in dem als Ausgleichskammer dienenden Ringraum eine
zumindest vorübergehend
bewegbar angeordnete Ausgleichsmasse vorgesehen. Die Ausgleichsmasse
kann dabei durch mehrere einander gleiche Festkörper, zum Beispiel Kugeln,
eine Flüssigkeit, zum
Beispiel Wasser oder Öl
oder durch ein Gemisch aus einer Flüssigkeit und wenigstens einem
Festkörper
gebildet sein.
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DE 197 08 949 A1 beschreibt
ein Farbrad, bei dem Farbfilterscheiben an einem Träger angeklebt
sind, der auf einer Welle befestigt ist. Zum Auswuchten des beweglichen
Farbrads oder der Einheit von Farbrad, Welle und Rotor wird in einem
herkömmlichen
Auswuchtverfahren an einer geeigneten Stelle eine Ausnehmung angebracht,
deren Größe in bekannter
Weise in Abhängigkeit
von der Größe der Unwucht
gewählt
wird.
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GB 1 471 706 beschreibt
ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotors. Hierbei sind innerhalb
eines um die Rotorachse angeordneten Hohlraums eine Vielzahl von
Gewichten vorgesehen, die sich frei entlang des Hohlraums bewegen
können.
Der Hohlraum und/oder die Gewichte weisen eine anfänglich inaktive
adhäsive
Oberfläche
auf, die aktiviert werden kann, um die Gewichte im Hohlraum in den
erforderten Positionen zu binden. Durch das Rot ieren der Achse bei
einer Geschwindigkeit, die zwischen zwei Resonanzfrequenzen der
Vibration und näher
zu der tieferen dieser Frequenzen liegt, nehmen die Gewichte die
Auswuchtpositionen innerhalb des Hohlraums ein. Durch ein Aktivieren
der adhäsiven
Oberfläche
der Gewichte und/oder des Hohlraums werden die Gewichte im Hohlraum
in den Auswuchtpositionen fixiert.
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DE 198 06 898 A1 beschreibt
ein Gerät
zum Lesen und/oder Beschreiben scheibenförmiger Aufzeichnungsträger mit
einem Antriebsmotor, einem Befestigungsmittel und einem Unwuchtausgleichsmittel,
wobei das Unwuchtausgleichsmittel ein Zentrifugalkraft-Erzeugungsmittel
mit im Betrieb veränderlicher
Zentrifugalkraft ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auswuchtverfahren für sich drehende
Farbräder, eine
Auswuchtvorrichtung zur Durchführung
des Auswuchtverfahrens sowie ein mit dem Auswuchtverfahren ausgewuchtetes
Farbradmodul zu schaffen, durch die Unwuchten sich drehender Farbräder beseitigt
werden.
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Diese
Aufgabe ist hinsichtlich des Auswuchtverfahrens durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1, hinsichtlich der Auswuchtvorrichtung durch
die Merkmale des Patentanspruchs 9 und hinsichtlich des Farbradmoduls
durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 gelöst.
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Bei
der Erfindung wird an einem sich drehenden Farbrad ein Behälter angebracht,
der eine härtbare
Flüssigkeit
enthält.
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Wenn
sich das Farbrad dreht, fließt
die Flüssigkeit
automatisch aufgrund der Schwingungskräfte zu Ausgleichspositionen
und verteilt sich dort. Dann wird die Flüssigkeit ausgehärtet. Dadurch
wird das sich drehende Farbrad ausgewuchtet. Die Flüssigkeit fließt, bis
die Schwingungen verschwunden sind. Dadurch ist die Erfindung nicht
nur einfach realisierbar, sondern mit ihr kann auch eine sehr genaue
Auswuchtung realisiert werden
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Die
vorstehenden sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen deutlicher erkennbar.
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1A ist
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Struktur zum Messen
der Unwucht einer sich drehenden Platte.
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1B ist
eine schematische Ansicht einer herkömmlichen sich drehenden Platte
in einem nicht ausgewuchteten Zustand.
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2A, 2B und 2C sind
schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Auswuchtprinzips.
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3A–3D sind
schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Auswuchtverfahrens.
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4A–4D sind
weitere schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Auswuchtverfahrens.
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5 ist
eine schematische Ansicht einer Auswuchtstruktur.
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6A und 6B sind
schematische Ansichten des Farbradmoduls mit der Auswuchtvorrichtung.
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Als
Erstes wird auf die 2A und 2B zum
Beschreiben des Prinzips eines Auswuchtverfahrens für sich drehende
Platten Bezug genommen, um Schwingungen zu beseitigen. Wie es in
den Zeichnungen dargestellt ist, existiert ein Behälter 21 mit
einer Unwuchtmasse M. Der Behälter 21 enthält ferner
eine Anzahl von Stahlkugeln 22. Wenn sich der Behälter 21 mit
einer ausgewählten
Winkelgeschwindigkeit ω (siehe
die 2C) dreht, kommt es aufgrund der Unwuchtmasse
M zu einer Schwingungsauslenkung e aufgrund von Zentrifugalkräften. Die
Schwingungsauslenkung e erzeugt eine Kraft Fe (Fe = meω2, wobei m die Masse der Stahlkugeln ist) auf
die Stahlkugeln 22. Die Kraftkomponente Ft (Ft = Fe·cos(α), wobei α der Einschlusswinkel
in der radialen Richtung ist) der Kraft Fe in der tangentialen Richtung
bewegt die Stahlkugeln 22 entlang der Umfangsrichtung entgegengesetzt
zur Unwuchtmasse m, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist.
Aufgrund der Reibung zwischen den Stahlkugeln 22 und dem
Behälter 21 ist
es für
die Stahlkugeln 22 schwierig, einen vollständigen Gleichgewichtszustand
zu erreichen. Da bei einer Flüssigkeit
kein Reibungsproblem besteht, kann eine härtbare Flüssigkeit die Stahlkugeln 22 ersetzen,
um einen vollständigen
Auswuchtzustand zu erreichen.
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Anhand
der 3A wird nun für
eine Flüssigkeit
die Anwendung des vorstehend dargelegten Prinzips beschrieben. Es
existiert eine sich drehende Platte 31 mit einer darauf
positionierten Schale 32, die einen Behälter bildet, der eine härtbare Flüssigkeit 33 enthält. Wenn
sich eine Unwuchtmasse M auf einer Seite der sich drehenden Platte 31 befindet, wird,
gemäss
dem oben dargelegten Prinzip, die Flüssigkeit 33 einer
Schwingungskraft unterworfen, und sie fließt entlang dem Umfang zur anderen
Seite, wird jedoch aufgrund der Begrenzung durch die Seitenwand
des Behälters
(wie in der 3B dargestellt) in diesem gehalten.
Als Beispiel wird hier auf die 4A verwiesen.
Die Unwuchtmasse M befindet sich auf der rechten Seite, so dass
sich die Flüssigkeit 33 schliesslich
an der linken Seite der Schale 32 (wie in der 3C dargestellt)
ansammelt. Im Idealzustand sammelt sich die gesamte Flüssigkeit
auf der linken Seite an (wie es in der 4A dargestellt ist).
Jedoch ähnelt
die tatsächliche
Flüssigkeitsverteilung
wegen der Viskosität
der Oberflächenspannung und
der Zentrifugalkraft derjenigen, wie sie in der 4C dargestellt
ist. In diesem Zustand hebt die Flüssigkeitssubstanz, die sich
auf der linken Seite angesammelt hat, die Unwuchtmasse M auf der
rechten Seite auf, so dass die sich drehende Platte 31 einen ausgewuchteten
Zustand erreicht, so dass durch eine Unwucht hervorgerufene Schwingungen
vermieden werden können.
Wenn der ausgewuchtete Zustand erreicht ist, wird die Flüssigkeit 33 ausgehärtet und
zum Erstarren gebracht. So kann der Verteilungszustand fixiert werden,
um einen dauerhaften Auswuchtzustand aufrecht zu erhalten.
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Ferner
können
die Anwendungen der 2A bis 3C kombiniert
werden, da sie gemäss
demselben Prinzip arbeiten. D. h., dass Stahlkugeln in die oben
genannte Flüssigkeit
eingebracht werden können,
um die Fähigkeit
zu verbessern, das Massenungleichgewicht zu verringern.
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Des
Weiteren kann insbesondere auch die Anwendung gemäß 2A mit
der nach 3A kombiniert werden, da sie
nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Die Kugeln fließen im Halter
bis sie in einer Position sind, in der die durch die Unwuchtmasse
M bewirkten Schwingungen verschwunden sind. Sobald der Auswuchtzustand
erreicht ist, wird die Flüssigkeit
mit den Stahlkugeln verdickt und zum Erstarren gebracht.
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Im
Vergleich mit den herkömmlichen
Verfahren spart die Verwendung der Flüssigkeit 33 zum Erzielen
einer ausgeglichenen Verteilung nicht nur Zeit bei einem empirischen
Prozess ein, sondern es ist auch der ausgewuchtete Zustand genauer.
Die härtbare
Flüssigkeit 33 kann
aus durch Licht härtbaren Flüssigkeiten
(wie einem UV-Gel), thermisch härtbaren
Flüssigkeiten
oder einem härtbaren
Zweikomponentengel ausgewählt
werden. Das Aushärten
der Flüssigkeit 33 kann
durch Zuführen von
Lichtenergie, Wärmeenergie,
Katalysatoren oder dergleichen erfolgen. Es ist zu beachten, dass
die oben angegebenen härtbaren
Flüssigkeiten
und Härtungsverfahren
nur als Beispiele dienen, so dass auch andere Arten härtbarer
Flüssigkeiten
und von Härtungsverfahren
nach Wunsch ausgewählt
werden können.
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Die 4A veranschaulicht
einen Behälter, der
aus einer auf einer sich drehenden Platte 31 montierten
Schale 32 besteht. Der Montageprozess kann durch Ankleben,
Anschrauben, Verklemmen, Verriegeln oder andere in der Technik bekannte
Befestigungsmaßnahmen
bewerkstelligt werden. Um zu verhindern, dass Flüssigkeit 33 während der
Drehung verspritzt wird, kann am Oberrand der Seitenwand der Schale 32 ein
verlängerter
Flansch vorhanden sein. Es kann auch ein Ringelement 34 (wie
in der 4B dargestellt) dazu verwendet
werden, den auf der sich drehenden Platte 31 montierten
Behälter zum
Aufnehmen der Flüssigkeit 33 zu
bilden. Der genannte verlängerte
Flansch kann auch weggelassen werden (siehe die 4C und 4D),
wenn die Menge der Flüssigkeit 33 nicht
allzu groß ist
oder wenn die Schale 36 oder das Ringelement 35 über eine
höhere
Seitenwand verfügen.
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Um
den Auswuchtvorgang in praktischen Situationen auszuführen, kann
die sich drehende Platte 31 auf der Spindel 42 eines
Motors 41 montiert werden und drehend angetrieben werden.
In ähnlicher Weise
wie beim Stand der Technik kann eine durch Federn 44 gelagerte
Platte 43 dazu verwendet werden, die Gesamtstruktur zu
verankern, wie es in der 5 dargestellt ist, um Wechselwirkungen
oder ungenaue Messungen zu verhindern.
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Bei
den 6A und 6B ist
die Auswuchtvorrichtung bei einem Farbradmodul dargestellt. Dieses
besteht aus einem Motor 54, einer Spindel 541,
einem Behälter 52 und
einem Farbrad 51. Der Motor 54 treibt die Spindel 541 drehend
an. Der Behälter 52 ist
am Innenumfang des Farbrads 51 koaxial zu diesem vorhanden.
Darüber
hinaus sind der Behälter 52 und
das Farbrad 51 miteinander verbunden und fest auf der durch
den Motor 54' drehend
angetriebenen Spindel 541 angebracht.
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Der
Behälter 52 ist
mit dem Innenumfang des Farbrads 51 verbunden. Die Verbindung
kann durch direktes Ankleben oder dergleichen erfolgen. Der Behälter 52 kann
als Schale oder als Ringelement ausgebildet sein, um eine härtbare Flüssigkeit 33 aufzunehmen.
Außerdem
verfügt
das Farbrad 51 über
eine Anzahl transparenter Farbfilterfilme 511 zum Modulieren
der Farbe von hindurchgestrahlten Lichtstrahlen. Die Farbfilterfilme 511 haben überwiegend
die Farben Rot, Grün,
Blau und Weiß.
Sie sind mit Fächerform
angeordnet und miteinander verbunden, um das kreisförmige Farbrad 51 zu
bilden.
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Wenn
der Behälter 52 einmal
mit dem Farbrad 51 verbunden ist, kann ein Auswuchten unabhängig ausgeführt werden.
Das Auswuchten erfolgt durch das oben dargelegte Auswuchtverfahren
mittels der in der 5 dargestellten Vorrichtung.
Nachdem ein ausgewuchteter Zustand erreicht ist, wird der Behälter 52 auf
der durch den Motor 54 angetriebenen Spindel 541 montiert,
um abwechselnd die Farbe der Lichtstrahlen zu modulieren. Andererseits ist
es auch möglich,
den Behälter 52 und
das Farbrad 51 an der Spindel 541 anzubringen
und dann den Auswuchtvorgang und das Aushärten auszuführen. Dies ist möglich, da
durch das Aushärten
der Flüssigkeit
die ursprüngliche
Genauigkeit nach dem Erzielen des ausgewuchteten Zustands nicht
beeinträchtigt wird.
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Zusammengefasst
gesagt, wird ein Fluid, das Stahlkugeln enthalten kann, dazu verwendet,
einen ausgewuchteten Zustand bei hohen Drehzahlen einzustellen,
wobei dann der vom Fluid eingenommene Zustand verfestigt wird, z.
B. durch Aushärten einer
Flüssigkeit.
Dadurch ist der Auswuchtvorgang einfacher ausführbar als bisher, und er ist
genauer.