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Einrichtung zum automatischen Messen der Unwucht und Markieren der
Unwuchtlage und Unwuchtgröße an Umlaufkörpern Zum rationellen Auswuchten großer
Stückzahlen von gleichartigen Umlaufkörpern sind bereits Einrichtungen bekannt,
bei denen automatisch auf dem Umlaufkörper die Lage der Unwucht durch eine Funkenentladung
markiert wird, die entweder an der Stelle, an der sich die Unwucht befindet, oder
an einer dagegen um einen vorgegebenen Winkel verdrehten Stelle eine Marke erzeugt.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird an der Stelle, an welcher sich die
Unwucht befindet, eine numerische Angabe der Unwucht automatisch aufgebracht. Sie
dient in erster Linie dem Auswuchten von Automobilrädern.
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Es wird dann das aufgedruckte Ausgleichsgewicht an der Stelle des
Aufdruckes von Hand befestigt.
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Der Aufwand für die Aufbringung einer derartigen Markierung ist bedeutend.
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Die Erfindung geht von einer Einrichtung zum automatischen Messen
der Unwucht und Markieren der Unwuchtlage und Unwuchtgröße an Umlaufkörpern aus.
Sie besteht darin, daß eine Marke in einem der Unwuchtgröße proportionalen Abstand
von einer Ausgangsmarke (Unwuchtlage oder einer anderen markanten Stelle des Umlaufkörpers)
angebracht wird. Der technische Aufwand für eine derartige Markierung der Unwuchtgröße
als der Abstand zweier Marken ist, insbesondere wenn elektrische Hilfsmittel benutzt
werden, verhältnismäßig gering. da hinzu kommt, daß eine verhältnismäßig große Genauigkeit
in der Wiedergabe der Meßwerte erreicht wird.
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Für die Markierung der Meßwerte auf dem auszuwuchtenden Körper bei
der Einrichtung nach der Erfindung kommen verschiedene Wege in Frage. Es läßt sich,
wie es an sich schon bekannt ist, die Markierung durch eine Funken- oder Lichtbogenentladung
vornehmen. Ein besserer Weg ist es, mit der Oberfläche des auszuwuchtenden Umlaufkörpers
eine Elektrode in Berührung zu bringen, die mit einem Elektrolyten benetzt ist,
der bei einem Stromdurchgang eine Verfärbung der Oberfläche des Umlaufkörpers erzeugt.
Hierzu kann z. B. die Elektrode mit einer Filzschicht, die mit dem Elektrolyten
benetzt ist, belegt werden.
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Als Ort für die Aufbringung der Markierung sind insbesondere die
Wellenenden des Umlaufkörpers geeignet. Die Markierung kann entweder direkt auf
den Endflächen der Welle aufgebracht werden oder aber auf den zylindrischen Mänteln
der Wellenenden.
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Die Lage der Unwucht wird am einfachsten unmittelbar durch die Lage
eines entsprechenden Striches markiert. Jedoch ist es manchmal zweckmäßig, wenn
eine Versetzung um einen vorgegebenen
festen Winkel erfolgt, wie dies an sich schon
bekannt ist, damit nicht der Ausgleich an derselben Stelle erfolgen muß, an der
die Markierung liegt.
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Für die Festlegung der Größe der Unwucht ist es am einfachsten, wenn
die zugehörige Marke gegenüber der Lagemarkierung um einen Winkel versetzt ist,
welcher der Größe der Unwucht entspricht. Es ist aber auch möglich, die Größe der
Unwucht z. 3. durch eine Markierung vorzunehmen, die gegenüber dem Wellenende axial
versetzt ist, und den Abstand zwischen der Markierung und dem Wellenende als Maß
für die Größe der Unwucht zu nehmen. Prinzipiell kann auch durch derartige in axialer
Richtung verlaufende Maßstäbe die Lage der Unwucht festgelegt werden, jedoch würde
dies nur in Ausnahmefällen Vorteile mit sich bringen.
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Mit besonderem Vorteil können nach der Erfindung markierte Umlaufkörper
bei Einrichtungen zum automatischen Ausgleich der Unwucht angewendet werden. Bei
derartigen Einrichtungen wurden bisher die gemessenen Werte für Unwuchtlage und
Unwuchtgröße in der Maschine gespeichert und die Ausgleichseinrichtungen von diesen
gespeicherten Werten gesteuert. Diese Speicherung in der Auswuchtmaschine entfällt,
und die Steuerung der Ausgleichseinrichtung wird wesentlich vereinfacht, wenn die
Umlaufkörper mit Markierungen für die Lage und die Größe der Unwucht gemäß der Erfindung
versehen sind. Es braucht dann nur der Umlaufkörper nach Einführung in die Ausgleichs
einrichtung langsam gedreht und in der für den Ausgleich richtigen Lage arretiert
zu werden und eine Abtasteinrichtung für die Größe der Unwucht in Richtung der Unwuchtgrößenmarke
so lange bewegt werden, bis sie die Markierung für die Größe der Unwucht erfaßt
hat, während mit dieser Bewegung die Arbeitsbewegung
für das Werkzeug
zum Ausgleich der Unwucht gekuppelt ist. Mit Vorteil erfolgt dabei die Abtastung
der Markierung auf optischem Wege.
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Die Erfindung sei nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit einer Einrichtung für den automatischen Ausgleich der Unwucht
beschrieben.
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Bei dem auszuwuchtenden Körper handele es sich um den Rotor eines
Elektromotors, der etwa die in A b b. 2 dargestellte Gestalt haben möge. Der Rotor
ist in der Einrichtung zur Messung der Unwucht, in der er zunächst automatisch durch
übliche Greifeinrichtungen oder durch entsprechende Maschinenelemente eingebracht
sein kann, in üblicher Weise an den beiden Wellenenden gelagert und in Umlauf versetzt.
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In A b b. 1 ist mit 1 die linke Meßstelle und mit 2 die rechte Meßstelle
als Querschnitt durch das Wellenende dargestellt. Die auftretenden Schwingungen
werden von elektrischen Gebern 3 und 4 aufgenommen und in elektrische Schwingungen
verwandelt.
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Diese werden zunächst, wie dies bei der Unwuchtmessung allgemein üblich
ist, einer Einrichtung 5 zur Restmomentenausschaltung zugeführt. Die dadurch auf
die Ausgleichsebene reduzierten Meßwerte werden einem Schalter 6 zugeleitet, der
die Umschaltung auf den linken (Stellung L) und rechten (Stellung R) Geber durchführt.
Es folgt dann, wie ebenfalls bei der Unwuchtmessung bekannt, ein Filterkreis 7,
der die von den elektrischen Gebern 3 und 4 abgegebenen Wechsel ströme von Oberwellen
befreit und sie in sinusförmige Ströme verwandelt. Hinter dem Filter 7 ist ein Schalter
8 in den Stromkreis eingeschaltet, der betätigt wird, sobald der Umlaufkörper die
für die Messung vorgeschriebene Geschwindigkeit erreicht hat, um dann die Markierung
der Meßwerte durchzuführen. Diese Markierung erfolgt für die Lage und für die Größe
auf zwei ringförmig auf den Wellenenden nebeneinanderliegenden Bahnen, und zwar
derart, daß die Markierung der Lage um 900 gegen die wahre Lage der Unwucht versetzt
ist und daß der Winkel zwischen der Lagemarkierung und der Größenmarkiernug ein
Maß für die Unwucht ist. Der obere von den beiden Stromkreisen, in die sich nunmehr
die vom Filter abgegebene Sinusschwingung aufteilt, dient der Lagemarkierung. Zunächst
werden in üblicher Weise in dem Impulsformer 9 die Sinusschwingungen in eine entsprechende
zeitliche Folge von steilen Impulsen umgeformt, bei denen die Impulse den Augenblick
angeben, in dem die Unwucht dem gerade eingeschalteten Meßwertgeber3 oder 4 gegenüberliegt.
Zur Erzeugung eines kräftigen Stromstoßes, der dann die Markierung durchführt, dient
das ThyratronlO, an dessen Gitter die Ausgangsspannung des Impulsformers 9 liegt.
Zwischen der Kathode des Thyratrons und Masse, die mit dem negativen Pol der Anodenspannung
für das Thyratron verbunden ist, liegt ein Widerstand 11, während zwischen dem positiven
Pol der Anodenspannung und der Anode der Widerstand 12 liegt. Die Anode ist noch
durch den Kondensator 13 mit Masse und damit mit dem negativen Pol der Anodenspannung
des Thyratrons verbunden. Die Anodenspannung des Thyratrons lädt diesen Kondensator
auf, und im Augenblick, in dem der Impulsformer einen Impuls abgibt, wird das Thyratron
leitend, und der Kondensator entlädt sich mit einem kräftigen Stromstoß über den
Widerstand11. An dem kathodenseitigen Ende
dieses Widerstandes entsteht hierdurch
ein Spannungsimpuls, der den Elektroden für die Markierung zugeführt wird, und zwar
über den Schalter 14, der zweckmäßig mit dem Schalter 6 gekuppelt ist und bei der
dargestellten Einschaltung des linken Meßwertgebers auch die Markierungselektrode
15 an der linken Seite des Rotors einschaltet. An der Spitze der Markierungselektrode
15 ist ein Filzstück 16 angebracht, das mit einem Elektrolyten benetzt ist, welcher
auf dem Wellenende im Augenblick des Auftretens des Spannungsimpulses, wenn also
die Unwucht dem Meßwertgeber 3 gegenüberliegt, eine Marke erzeugt. Dazu ist noch
das Wellenende selbst mit Masse verbunden, um einen Rückfluß des Stromes zu ermöglichen,
und es ist dafür gesorgt, daß der Widerstand 11 wesentlich größer ist als der Widerstand
zwischen der Elektrode 15 und dem Wellenende. Bei der dargestellten Lage der Elektrode
ist die Markierung für die Lage der Unwucht um 900 versetzt gegenüber der wirklichen
Lage der Unwucht, und zwar je nach Drehrichtung der Welle voreilend oder nacheilend.
Bei Umschaltung von Schalter 6 und 14 auf »R« = Rechts wird die Elektrode 17 an
das Thyratron angeschlossen und auf dem rechten Wellenende die Markierung vorgenommen.
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Mit dem unteren der beiden in A b b. 1 gezeigten Stromkreise erfolgt
die Markierung der Größe der Unwucht. Hierzu wird die vom Filter 7 abgegebene Sinusspannung
zunächst einer Schaltungseinrichtung 18 zugeführt, in der die Phase der Sinusspannung
entsprechend der Amplitudengröße eine Verschiebung erhält. Hierfür geeignete Schaltungen
sind bekannt, z. B. sogenannte Ringmodulatoren. Die nunmehr in ihrer Phase verschobene
Sinusspannung wird wiederum einem Impulsformer 19 zugeführt, der genauso wie der
Impulsformer 9 die Sinusspannung in sehr steile Impulse umwandelt. Diese Impulse
steuern, wie schon beim Stromkreis für die Lagemarkierung beschrieben, das Thyratron
20, das beim Auftreten eines Impulses einen kräftigen Stromstoß auf die Markierelektroden
für die Größe gibt. Durch den Schalter 21, der mit Schalter 6 und 14 synchron läuft,
wird entweder die linke Elektrode 22 oder die rechte Elektrode 23 eingeschaltet,
die neben den Elektroden 15 und 17 auf dem linken und rechten Wellenende angebracht
sind. Da die auf die Elektroden 22 bzw. 23 gegebenen Stromstöße gegenüber den für
die Lage maßgebenden Stromstößen um Phasenwinkel verschoben sind, welche der Größe
der Amplitude entsprechen, ist der Winkel, der zwischen den von den Elektroden 15
und 17 und 22 und 23 gegebenen Markierungen besteht, ein Maß für die Größe der Unwucht.
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In A b b. 2 ist gezeigt, wie sich die dadurch ergebenden Markierungen
auf den Wellenenden darstellen. Links sind nebeneinander die Elektroden 15 und 22
für die Lage und die Größe der Unwucht und rechts dementsprechend die Elektroden
17 und 23 angedeutet. Die zugehörigen Markierungen sind mit 24, 25 und 26, 27 angegeben.
Dabei geben die Markierungen 24 und 26 die Lage der Unwucht an, und zwar um 900
gegenüber der wahren Lage versetzt, und der Abstand a zwischen den Markierungen
24 und 25 und der Abstand b zwischen den Markierungen 26 und 27 die Größe der Unwucht
wieder.
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In Ab b. 3 ist schematisch dargestellt, wie in verhältnismäßig sehr
einfacher Weise durch diese Art der Anbringung der Markierungen auch die Steuerung
der
Ausgleichseinrichtung möglich ist. Nach der automatischen Abwicklung der Unwuchtmessung,
bei der eine Programmsteuerung die einzelnen Schritte, Aufbringen des Prüflingantriebes,
Einschalten der Markierungseinrichtung usw., einleitet, wird schließlich der Prüfling
z. B. mit Greifern abgehoben und der Ausgleichseinrichtung zugeführt.
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Der erste Schritt, der nun automatisch durchgeführt werden muß, ist,
die Lage des Prüflings richtig einzustellen. Hierzu liegen die Wellenenden des Prüflings
gemäß A b b. 3 in einem nach oben offenen Prisma 28 gelagert. Durch einen Motor
29 wird das Wellenende über ein Reibrad 30 langsam so lange gedreht, bis die Marke
31 für die Lage der Unwucht einem fotoelektrischen Abtastkopf 32 gegenübersteht.
Sobald dieser Abtastkopf 32 die Marke 31 erfaßt, wird über die Schalteinrichtung
33 der Motor stillgesetzt und durch Stromzufuhr zur Spule 34 das Lager magnetisch
erregt und das Wellenende festgehalten.
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Im oberen Teil der Abbildung ist getrennt der Querschnitt 35 des
Rotors aufgezeichnet, in dem der Ausgleich der Unwucht erfolgt. Da die Lage der
Unwucht um 900 gegen die Marke versetzt ist, erfolgt der Ausgleich durch einen entsprechend
versetzten, gegen das Werkstück bewegten Fräser 36, der um einen Betrag gegen die
Oberfläche des Umlaufkörpers bewegt werden muß, welche der Größe der Unwucht entspricht.
Zunächst muß aber der Fräser bis zur Berührung mit der Umlaufkörperoberfläche bewegt
werden. Dies geschieht, wie an sich bekannt. durch den Motor 37, welcher den Antrieb
38 für den Fräser 36 über eine Spindel 39 gegenüber der Grundplatte 40 verschiebt,
und zwar so lange, bis die beiden Leitungen 41, welche mit dem Fräser und dem Rotor
verbunden sind, einen Stromkreis schließen, der den Motor 37 stillsetzt. Die Arbeitsbewegung
des Fräsers zur Materialwegnahme vom Rotor wird durch Verschiebung der Platte 40
nach rechts über die Zahnstange 42, in die eine Spindel 43 eingreift, bewirkt.
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Die Drehung der Spindel 43 erfolgt über die Welle 44 durch den Antrieb
45, der in dem Augenblick eingeschaltet wird, in dem der Fräser 36 die Oberfläche
des Rotors 35 berührt. Auf der Welle 44 sitzt außerdem noch die Schnecke46, welche
gleichzeitig die Einrichtung zur Abtastung der Marke für die Unwuchtgröße betätigt.
Diese Abtasteinrichtung ist auf dem Zahnrad 47 angebracht, das durch die Spindel
46 gedreht wird. Zu Beginn der Abtastbewegung befindet sich eine fotoelektrische
Abtasteinrichtung 48, die ähnlich derjenigen ist, wie sie für die Abtastung der
Lage der Unwucht verwendet wird, in senkrechter Stellung (gestrichelt gezeichnet).
Sie wird zusammen mit der Bewegung des Fräsers in Arbeitsrichtung durch den Motor
45 so lange gedreht, bis sie in der ausgezogen dargestellten Lage gerade die Marke
49 für die Größe der Unwucht erfaßt. Dann wird über die Schalteinrichtung 50 der
Motor 45 stillgesetzt, und es entspricht jetzt der durchgeführte Ausgleich der Winkelversetzung
der Marke49 für die Unwuchtgröße gegenüber der Marke 31 für die Unwuchtlage. Es
ist nur noch notwendig, eine rückläufige Bewegung einzuleiten, welche den Fräser
aus der Bohrung hinauszieht, und den Rotor freizugeben, damit dann gegebenenfalls
in einer weiteren Station der Ausgleich für die andere Seite durchgeführt werden
kann. Für die Einleitung dieser Bewegung und auch der weiteren Bewegungen nach Einführung
des
auszugleichenden Umlaufkörpers ist ein Programmwerk 51 vorgesehen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die automatische Auswuchteinrichtung
nur schematisch mit den für das Verständnis unbedingt notwendigen Teilen angedeutet.
Die Einrichtungen, welche die automatische Zubringung und Einspannung des Rotors
in die Meßeinrichtung und Weiterführung in die Ausgleichseinrichtung bewirken, sind
weggelassen.
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Die Darstellung der Ausgleichseinrichtung ist auch insoweit weitgehend
vereinfacht, als z. B. nicht dargestellt ist, daß die Abtasteinrichtungen bei der
Einbringung des auszugleichenden Umlaufkörpers unter Umständen weggeschwenkt werden
müssen, damit eine Einbringung überhaupt möglich ist. Es ist außerdem eine unter
Umständen notwendige Steuereinrichtung nicht eingezeichnet, die dafür sorgt, daß
dann, wenn der Fräser 36 die Oberfläche des Rotors 35 berührt, die optische Abtasteinrichtung
48 in die senkrechte Lage gebracht wird. Dies kann durch an sich bekannte automatische
Einstelleinrichtungen verwirklicht werden. Ebenso sind etwa notwendige Rechen- und
Einstellgetriebe zwischen der Abtasteinrichtung für die Unwuchtgröße und der Ausgleichseinrichtung
weggelassen.
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Es ist noch darauf hinzuweisen, daß bei der Markierung der Meßwerte,
wie sie in A b b. 1 dargestellt ist, die Markierung der Lage und der Größe der Unwucht
nicht unbedingt gleichzeitig durch zwei getrennte Stromkreise zu erfolgen braucht.
Es kann auch zuerst die Lage gemäß dem oberen dargestellten Stromkreis markiert
werden und dann in die Zuführung zum Impulsformer 9 durch einen Umschalter die Einrichtung
18 zur Phasenschiebung eingeschaltet werden und gleichzeitig der Ausgang des Thyratrons
auf die Elektroden 22 bzw. 23 zur Markierung der Größe der Unwucht gegeben werden.
Es werden hierdurch einige Schaltmittel eingespart, aber auch mehr Zeit für den
Meßvorgang benötigt.
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Die Markierung der Größe der Unwucht durch den Abstand gegenüber
der Lage der Unwucht kann auch dadurch erfolgen, daß die Elektroden für die Markierung
der Unwuchtgröße um einen entsprechenden Winkel gegen die feststehenden Elektroden
für die Markierung der Unwuchtlage verschoben werden.
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Um diese Verschiebung durchzuführen, eignen sich insbesondere elektrische
Nachlaufeinrichtungen, wie sie z. B. für die sogenannten Kompensationsschreiber
bekannt sind, die mit sehr großer Verstellkraft eine elektrische Spannung in einen
Winkelweg oder in eine gerade Verschiebung umwandeln. Auf diese Weise ist es auch
möglich, die Markierung nicht als einen Winkelweg, sondern als einen axialen Abstand
auf dem Wellenende oder auf einer anderen Stelle des Umlaufkörpers festzulegen.