DE1573653C3 - Auswuchtmaschine - Google Patents

Description

Es sind Maschinen mit unterkritischer Lagerung des Wuchtkörpers bekannt, bei denen also die Lagerung des Wuchtkörpers möglichst steif gemacht wird, so daß man mit den benutzten Wuchtkörperdrehzahlen hinreichend weit unterhalb der Resonanzfrequenzen des aus Lagerung und Wuchtkörper gebildeten Schwingungssystems arbeitet Man mißt dann die Unwuchtreaktionen in den Lagerebenen, sei es mittels Dehnmeßstreifen, sei es mittels kraftmessender Schwingungsaufnehmer wie Piezokristall oder magnetostriktiver Kraftmeßdosen. Die Unwuchtreaktionen sind dann praktisch ein Maß für die in den Lagerebenen von der Unwucht erzeugten Kräfte.

Der Ausgleich der.Unwuchten kann in Sonderfällen in den Lagerebenen selbst erfolgen. Üblicherweise erfolgt jedoch der Ausgleich der Unwuchten in von den Lagerebenen verschiedenen Ausgleichsebenen. Man kann die auf die Lagerebenen bezogenen Unwuchten messen und nach den Gesetzen der Mechanik auf die Ausgleichsebenen umrechnen und dann dort ausgleichen. Man kann aber auch, was an sich bekannt ist, mittels einer geeigneten Schaltungsanordnung von den Wechselspannungen Teilspannungen in bestimmten Verhältnissen abgreifen und überlagern. Diese Verhältnisse können ohne Eichläufe aus den Abständen der Lager- und Ausgleichsebenen berechnet werden. Die

ίο Schaltung ist »voreinstellbar«.

Bei ideal starrer Lagerung dürfte sich eine Kraft in der einen Lagerebene nicht auf die andere Lagerebene auswirken. Vielmehr müßte sie theoretisch von den Reaktionskräften der Lagerung aufgenommen werden.

In der Praxis ist das aber nicht so. Wenn man für die Messung den Schwingungsaufnehmern eine elektrische Leistung entnehmen will, dann muß man diese Leistung dem Schwingungsaufnehmer mechanisch zuführen. Nun ist Arbeit gleich Kraft mal Weg, so daß man eine

ao Leistung an dem Schwingungsaufnehmer nur bei einem endlichen Weg erhalten kann. Infolge dieser Wege entsteht über die Trägheit des Wuchtkörpers eine Kraftübertragung auch von einer Lagerebene auf die andere. Die dadurch hervorgerufenen unerwünschten Wechselspannungen bilden einen Störpegel, der die Meßgenauigkeit begrenzt Das wirkt sich bei bekannten Auswuchtmaschinen besonders ungünstig aus, wenn die beiden Ausgleichsebenen sehr nahe beieinanderliegen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Auswuchtmaschine zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Meßrichtungen und die Lagerung des Wuchtkörpers derart gewählt sind, daß eine virtuelle Verrückung des Wuchtkörpers oder der Wuchtkörperaufnahme bei Entfernung eines Schwingungsaufnehmers einer Körperbewegung in einer zur Meßrichtung des anderen Schwingungsaufnehmers senkrechten Ebene entspricht Unter diesen Bedingungen kann z. B. auch eine gewisse Nachgiebigkeit eines kraftmessenden Schwingungsaufnehmers sich nicht an dem anderen Schwingungsaufnehmer als Fehlersignal bemerkbar machen. Die Erfindung ist unter Umständen nicht nur bei Maschinen mit unterkritisch gelagerten Wuchtkörpern anwendbar, sondern auch bei Auswuchtmaschinen, bei denen der Wuchtkörper in bekannter Weise stark überkritisch gelagert ist und wegmessende Schwingungsaufnehmer vorgesehen sind, aus deren Signalen ein Maß für die Unwucht unter Berücksichtigung der Schwerpunktlage und des Trägheitsmomentes des Wuchtkörpers bei der Annahme einer freien Beweglichkeit des Wuchtkörpers abgeleitet wird. Es können dort Meßfehler dadurch auftreten, das z.B. infolge Lagerung und Antrieb die Voraussetzung einer freien Beweglichkeit nicht ganz gegeben sind — ähnlich wie bei kraftmessenden Maschinen die Voraussetzung der starren Lagerung.

Die Erfindung wird vorteilhafterweise in der Form verwirklicht, daß die Meßrichtungen der Schwingungsaufnehmer in den Lagerebenen zueinander gekreuzt und senkrecht zur Umlaufachse des Wuchtkörpers liegen.

Die Anordnung wird dann zweckmäßig so getroffen, daß die von den Schwingungsaufnehmern erzeugten, den Unwuchtreaktionen in den Lagerebenen entsprechenden elektrischen Wechselspannungen über phasenschiebende Mittel zur Kompensation der durch die unterschiedlichen Meßrichtungen bedingten Phasendif-

ferenz einer an sich bekannten voreinstellbaren Überlagerungsschaltung zur Bildung von Ausgangsspannungen zugeführt werden, die proportional den Unwuchten bezogen auf von den Lagerebenen verschiedene Ausgleichsebenen sind.

Bei einer kraftmessenden Auswuchtmaschine kann die Erfindung in der Weise verwirklicht werden, daß alle nicht durch Schwingungsaufnehmer gemessenen Stützkräfte auf den Wuchtkörper oder die Wuchtkörperaufnahme über Stützglieder übertragen werden, die Kräfte jeweils nur entweder senkrecht zu beiden Meßrichtungen oder in den Lagerebenen nur senkrecht zur Meßrichtung der Ebene, in der sich das betreffende Stützglied befindet, und parallel zu der Meßrichtung der anderen Lagerebene übertragen. *5

Die Stützkräfte in einer Lagerebene beeinflussen dann nicht die Messung in dieser Ebene. Die entsprechenden Stützglieder können so ausgebildet werden, daß sie für die Messung in der anderen Ebene eine praktisch starre Abstützung des Wuchtkörpers darstel- *o len.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Wuchtkörperlagerung, die bei der Erfindung verwendet werden kann;

F i g. 2 ist eine zugehörige Oberansicht;

F i g, 3 zeigt schematisch schaubildlich eine vertikal angeordnete Wuchtkörperaufnahme, in welcher der Wuchtkörper um eine vertikale Achse rotiert, sowie die 3» zugehörigen Schwingungsaufnehmer und die Abstützung;

F i g. 4 zeigt schaubildlich eine mögliche konstruktive Ausführung der Abstützung;

F i g. 5 zeigt eine bei der erfindungsgemäßen Maschine anwendbare Phasenschieberschaltung;

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführung einer Phasenschieberschaltung;

F i g. 7 zeigt stark schematisch die gesamte Schaltungsanordnung.

In F i g. 1 und 2 ist mit 10 ein Lagerständer einer Auswuchtmaschine bezeichnet. Der Lagerständer 10 weist eine trapezförmige Ausnehmung 11 auf, deren Schrägflächen 12, 13 jeweils unter 45° zur Horizontalen geneigt sind und somit einen Winkel von 90° miteinander bilden. In die Ausnehmung 11 ist eine Lagerbrücke 14 von entsprechend trapezförmiger Grundform mit Schrägflächen 15, 16 eingesetzt. Die Lagerbrücke 14 ist mit Lagerrollen 17 versehen, auf denen der Wuchtkörper 18 aufliegt.

In die Schrägfläche 13 ist ein Schwingungsaufnehmer

19 eingelassen, der mit einer Auflagekugel 20 aus der Schrägfläche 13 hervorragt. An der Schrägfläche 15 der Lagerbrücke 14 sind Auflagekugeln 2t und 22 vorgesehen. Die Lagerbrücke 14 liegt einerseits mit den Auflagekugeln 21, 22 an der Schrägfläche 12 an und andererseits mit der Schrägfläche 16 an der Lagerkugel

20 des Schwingungsaufnehmers 19.

Die Auswuchtmaschine nach der Erfindung weist eine zweite Lageranordnung auf, die in gleicher Weise aufgebaut ist wie die dargestellte, jedoch spiegelbildlich zu dieser. Der Schwingungsaufnehmer (entsprechend 19) sitzt in der linken Schrägfläche (entsprechend 12), und die feste Abstützung (entsprechend 21; 22) erfolgt auf der rechten Schrägfläche des Lagerständers. Auf diese Weise liegen die Meßrichtungen in den beiden Lagerebenen senkrecht zueinander. Die Abstützung durch zusätzliche Stützkräfte erfolgt in jeder Lagerebene senkrecht zu der durch die Geberachse bestimmten Meßrichtung und parallel zu der Meßrichtung in der anderen Lagerebene.

F i g. 3 zeigt schematisch schaubildlich eine Lageranordnung für einen um eine vertikale Achse rotierenden Wuchtkörper. Es ist dort eine hülsenartige vertikal angeordnete Wuchtkörperaufnahme 23 vorgesehen. An dieser sind vier zylindrische Lagerzapfen 24, 25, 26 und 27 angebracht. Die Lagerzapfen 24 und 25 sind gleichachsig auf entgegengesetzten Seiten der Wuchtkörperaufnahme 23 angeordnet. Die Lagerzapfen 26 und 27 sind ebenfalls gleichachsig zueinander auf entgegengesetzten Seiten der Wuchtkörperaufnahme 23 angeordnet, und zwar axial gegen die Zapfen 24, 25 versetzt und senkrecht zu diesen.

Die Zapfen 24, 25 sind von Lagerringen 28 und 29 umgeben. Diese Lagerringe 28,29 werden von vertikalen Stützgliedern 30 und horizontalen Stützgliedern 31 gehalten. Die Stützglieder 30 und 31 sind dabei so ausgebildet, daß sie Stützkräfte jeweils nur in der Vertikalen bzw. nur in der Horizontalen und senkrecht zur Achse des Zapfens 24 bzw. 25 zu übertragen vermögen.

Die Zapfen 24 und 25 sind in den Lagerringen 28 bzw. 29 drehbar gehaltert und in Achsrichtung der Zapfen 24, 25 geführt. In dieser Richtung, welche die eine Meßrichtung im Sinne der Erfindung darstellt, liegt der Zapfen 24 mit seiner Stirnfläche über eine Auflagekugel 32 an einem Schwingungsaufnehmer 33 an. Eine Feder 34 wirkt auf die Stirnfläche des Zapfens 25 und hält den Zapfen 24 fest in Anlage an dem Schwingungsaufnehmer.

In gleicher Weise werden die Zapfen 26 und 27 in Lagerringen 35 bzw. 36 gehalten. Die Lagerringe 35 und 36 werden durch vertikale Stützglieder 37 und horizontale Stützglieder 38 gehalten, wobei die horizontalen Stützglieder senkrecht zu den Zapfen 26 bzw. 27 angreifen und damit parallel zur Meßrichtung des Gebers 33 sind. Der Zapfen 26 wird von einer Feder 39 mit ihrer Stirnfläche an einen Schwingungsaufnehmer 40 angedrückt.

Es sind somit die von den Stützgliedern 30 und 37 übertragenen Stützkräfte senkrecht zu beiden Meßrichtungen. Die von den Stützgliedern 31 übertragenen Stützkräfte sind parallel zur Meßrichtung des Gebers 40 und senkrecht zu der des Gebers 33. Die von den Stützgliedern 38 übertragenen Stützkräfte sind parallel zur Meßrichtung des Gebers 33 und senkrecht zu der des Gebers 40. Die Wirkungslinien der Stützkräfte gehen durch die Achsen der Geber 33 bzw. 40.

F i g. 4 zeigt eine konstruktive Ausführung, die im Prinzip der Anordnung von F i g. 3 entspricht. Mit 41 ist in F i g. 4 eine vertikale, hülsenförmige Wuchtkörperaufnahme bezeichnet, die der Aufnahme 23 von F i g. 3 entspricht. Die in F i g. 4 gezeigte Anordnung entspricht in ihrer Funktion Zapfen 24, Schwingungsaufnehmer 33 und Lagerring 28 mit den zugehörigen Stützgliedern. An der Wuchtkörperaufnahme 41 ist ein klauenförmiger Ansatz 42 angebracht, der mit seiner Ausnehmung 43 über ein L-förmiges Gegenstück 44 greift. Das L-förmige Teil 44 ist mit seinem waagerechten Schenkel an einer vertikal angeordneten Blattfeder 45 befestigt. Die Blattfeder ist an dem Maschinengehäuse 46 abgestützt, so daß das L-förmige Gegenstück weich federnd an dem Maschinengehäuse abgestützt ist.

Das L-förmige Gegenstück 44 ist mittels eines Ringes 47 mit 'einem entsprechend ausgebildeten und federnd abgestützten Teil auf der diametral gegenüber-

liegenden Seite der Wuchtkörperaufnahme 41 verbunden.

Ein Schwingungsaufnehmer bzw. eine Kraftmeßdose 48 ragt durch einen Durchbruch 49 der Blattfeder 45 hindurch. Der Ansatz 42 ist über eine Kugel 50 auf dem Grunde der Ausnehmung 43 auf dem L-förmigen Gegenstück 44 abgestützt Auf das diametral gegenüberliegende (nicht dargestellte) Gegenstück wirkt eine Druckfeder, so daß die Wuchtkörperaufnahme 41 mit einem Auflagestück 51 des Ansatzes 42 gegen eine Auflagekugel 52 des Schwingungsaufnehmers 48 angedrückt wird.

An dem zylindrischen Auflagestück 51 greifen horizontale Spannelemente 53 an, die das Auflagestück einmal umschlingen und am Maschinengehäuse befestigt sind. Bei einfacher Umschlingung ist das durch die Spannelemente bewirkte Direktionsmomerit praktisch null.

Die Kugel 50 und die Spannelemente 53 gestatten eine — begrenzte — Drehung der Wuchtkörperauf- ao nähme 41. Durch die Blattfedern 45 und den Ring 47 sowie die Kugel 50 wird der Wuchtkörper in streng vertikaler Richtung abgestützt. Die Kugel 50 überträgt nur vertikale Kräfte. Durch die Spannelemente 53 erfolgt eine Abstützung in horizontaler Richtung senk- as recht zur Meßrichtung. Durch die Blattfeder 45 ist eine Beweglichkeit in Meßrichtung gegeben. Die Kräfte in Meßrichtung werden nur von dem Schwingungsaufnehmer 48 aufgenommen.

In der Funktion entspricht also die Kugel 50 sowohl dem Stützglied 30 von F i g. 3 (vertikale Stützung) als auch dem Ring 28 (Drehbarkeit um die Meßrichtung). Die Spannelemente 53 entsprechen den Stützgliedern 31. Die Blattfeder 45 ermöglicht die Beweglichkeit in Meßrichtung wie der Ring 28. Es sind bei der Ausführung von F i g. 4 in analoger Weise wie in F i g. 3 zwei zueinander gekreuzt angeordnete Paare von Ansätzen nach Art der F i g. 4 vorgesehen.

Bei den beschriebenen Anordnungen werden die Schwingungsaufnehmer um 90° räumlich gegeneinander versetzt angeordnet. Andererseits müssen die Spannungen phasenrichtig überlagert werden. Aus diesem Grunde muß eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden, welche die räumliche Versetzung durch eine entsprechende 90°-Phasenverschiebung der einen Wechselspannung kompensiert Dabei darf natürlich die Signalamplitude nicht verfälscht werden. Fig.5 und 6 zeigen zwei derartige Phasenschieberschaltungen.

Bei der Schaltung nach F i g. 5 wird das Signal über eine Eingangsklemme 56 und einen Kondensator 57 zugeführt. Die Spannung wird auf die Basis eines Transistors 58 gegeben. Am Emitter 59 und Kollektor 60 werden gegenphasige Spannungen angegriffen. Zwischen dem Emitter 59 und dem Kollektor 60 Hegt ein Schaltglied mit einem Kondensator 61 und einem durch einen Schalter 62 wählbaren Widerstand 63. Am Ausgang 64 wird dann eine gegenüber der Eingangsspannung um 90° phasenverschobene Spannung abgegriffen. Die Schaltung funktioniert jeweils nur für eine Drehzahl. Für Auswuchtmaschinen, die mit mehreren Drehzahlen arbeiten, wird durch den Schalter 62 der für die jeweilige Drehzahl richtige Wert des Widerstandes 63 eingestellt

Eine andere Phasenschieberschaltung, die in weiten Grenzen bei beliebigen Drehzahlen funktioniert, zeigt F i g. 6. Das Signal einer Kraftmeßdose od. dgl. geht über den Eingang 65 auf ein Integrierglied 66 und von dort auf einen geregelten Verstärker 67. Durch die Integration wird nicht nur die Phase um 90° geschoben, sondern auch die Amplitude drehzahlabhängig verändert Bei den üblichen Auswuchtmaschinen steht — als Hilfs- oder Bezugsspannung — eine Spannung konstanter Amplitude mit der Frequenz der Meßspannung zur Verfügung. Diese Spannung wird einem Integrationsnetzwerk 68 der gleichen Art wie Integrationsnetzwerk 66 zugeführt und von dort einem Regelverstärker 69 der gleichen Art wie Verstärker 67. Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 69 speist einen Regelspannungserzeuger 70, welcher für beide Regelverstärker 67 und 69 die Regelspannung liefert. Durch die Regelspannung wird die Frequenzabhängigkeit der Ausgangsspannung des Integrationsnetzwerkes 68 kompensiert und die Ausgangsspannung des Verstärkers 69 konstant gehalten. In gleicher Weise wird natürlich durch die Regelspannung dann die Frequenzabhängigkeit des Integrationsnetzwerkes 66 durch Regelung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 67 kompensiert. Es wird also durch die Integration die gewünschte Phasenverschiebung erzielt, ohne die damit verbundene Frequenzabhängigkeit der Amplitude in Kauf nehmen zu müssen.

Die Schaltungen von F i g. 5 und 6 können sowohl mit der Ausführungsform von F i g. 1 und 2 als auch mit denen von F i g. 3 und 4 kombiniert werden.

In Fig.7 ist stark schematisiert die gesamte Schaltung dargestellt. Die beiden »kraftmessenden« Schwingungsaufnehmer 71 und 71' sind räumlich um 90° versetzt angeordnet. Diese Versetzung wird kompensiert durch phasenverschiebende Mittel 72, die z. B. nach Art der F i g. 5 oder 6 aufgebaut sein können. Die so erhaltenen. Spannungen, die wieder die richtige Phasenbeziehung zueinander haben, werden in einer »Rahmenschaltung« 73 überlagert. Die Schaltung 73 kann beispielsweise wie bekannt Potentiometer aufweisen, welche nach Maßgabe der Abstände »a«, »&< und »c« der Lager- und Ausgleichsebenen einstellbar sind, wie in F i g. 7 durch die entsprechend bezeichneten Knöpfe angedeutet ist An den Ausgangsklemmen 74 und 75 erhält man Wechselspannungen proportional zu den auf die Ausgleichsebenen bezogenen Unwuchten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Auswuchtmaschine mit Schwingungsaufnehmern in zwei Ebenen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrichtungen und die Lagerung des Wuchtkörpers derart gewählt sind, daß eine virtuelle Verrückung des Wuchtkörpers (18) oder der Wuchtkörperaufnahme (23,41) bei Entfernung eines Schwingungsaufnehmers (20, 33, 40, 48, 71, 7Γ) einer Körperbewegung in einer zur Meßrichtung des anderen Schwingungsaufnehmers (40, 33,71', 71) senkrechten Ebene entspricht

2. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrichtungen der Schwingungsaufnehmer (33,40) in den Lagerebenen zueinander gekreuzt und senkrecht zur Umlaufachse des Wuchtkörpers liegen.

3. Auswuchtmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schwingungsaufnehmern (71, 7Γ) erzeugten den Unwuchtreaktionen in den Lagerebenen entsprechenden elektrischen Wechselspannungen über phasenschiebende Mittel (72) zur Kompensation der durch die unterschiedlichen Meßrichtungen bedingten Phasendifferenz einer an sich bekannten voreinstellbaren Überlagerungsschaltung (73) zur Bildung von Ausgangsspannungen zugeführt werden, die proportional den auf von den Lagerebenen verschiedene Ausgleichsebenen bezogenen Unwuchten sind.

4. Auswuchtmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wuchtkörper (18) in bekannter Weise unter Verwendung kraftmessender Schwingungsaufnehmer (20) unterkritisch gelagert ist

5. Auswuchtmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle nicht durch Schwingungsaufnehmer gemessenen Stützkräfte auf den Wuchtkörper (18) oder die Wuchtkörperaufnahme (23) über Stützglieder (30, 31) übertragen werden, die Kräfte jeweils nur entweder senkrecht zu beiden Meßrichtungen der Geber (33, 40) (Stützglied 30) oder in den Lagerebenen nur senkrecht zur Meßrichtung des Gebers (33) derjenigen Ebene, in der sich das betreffende Stützglied (31) befindet, und parallel zu der Meßrichtung des anderen Gebers (40) in der anderen Lagerebene übertragen.