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Auswuchtvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugräder, Gegenstand
der Erfindung ist eine Auswuchtvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugrãder,
bei welcher der auszuwuchtende Gegenstand auf eine drehbare, mit einem Antrieb verbundene
bezw. rerbindbare Spindel aufgesetzt wird, die um eine zu ihr senkrechte Achse pendelnd
gelagert ist und durch eine RAckstellkraft in Richtung auf ihre Mittellage geführt
wird, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um teils die sich bei einer vorbestimmten
Drehzahl der Spindel ergebende Maximalamplitude der Pendelbewegungen, als Mass für
die Gr8sse der Unwucht, teils die Abhängigkeit der Pendelbewegung von dem Jeweiligen
Drehwinkel der Spindel zu ermitteln.
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Bei bisher bekannten Auswuchttorrichtungen dieser Art erfolgte die
Ermittlung der erwähnten Daten bezw. der Gr6ßse des zu verwendenden Gegengewichtes
und der Stelle seiner Anbringung auf mechanische Art und Weise,
indem
z. B. auf einer am einen Ende der Spindel angeordneten Diagrammscheibe eine die
Pendel- und Drehbewegungen der Spindel darstellende Kurve aufgezeichnet oder eine
mit der Spindel rotierende Messunwucht manuell derart verstellt wird, dass die Spindel
ruhig lief, d. h. nicht mehr pendelte. In beiden Fallen konnten aus der Form und
Lage der aufgezeichneten Kurve bezw. aus der endgültigen Lage der Messunwucht die
erwünschten Daten gefunden werden.
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Die geschilderten Arbeitsweiserisind relativ zeitraubend und dabei
nicht sehr genau.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben und eine Auswuchtvorrichtung
zu schaffen, bei welcher die gesuchten Daten auf elektronische Art sehr schnell
und genau ermittelt werden können. Ervindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass der Spindel teils Einrichtungen zu Umwandeln der jeweiligen Amplitude der Pendelbewegungen
in eine entsprechende elektrische Grosse und zum Anzeigen des Maximalwertes dieser
Grosse, teils eine Einrichtung zur laufenden Darstellung des Drehwinkels der Spindel
in elektrischer bezw. elektronischer Form zugeordnet sind, und dass die der Pendelamplitude
entsprechende elektrische Grosse bei Erreichen eines vorbestimmten Relativwertes,
vorzugsweise bei einem Nulldurchgang, eine Torschaltung öffnet, durch welche die
Darstellung des entsprechenden Drehwinkels der Spindel in einem elektrischen bezw.
elektronischen Speicher gegeben und dort gespeichert wird, wobei dem Speicher und
der Darstellungseinrichtung für den Drehwinkel der Spindel eine Abgleicheinrichtung
zum nachträglichen Vergleichen von
Drehwinkellagen der Spindel mit
der gespeicherten Information und zum Anzeigen eines erfolgten Abgleiches der Drehwinkellage
mit der Information zugeordnet ist.
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Mit dieser Vorrichtung wird derat gearbeitet, dass nach Hochfahren
der Spindel auf die vorbestimmte Tourenzahl, wobei die Spindel die durch die Unwucht
des auszuwuchtenden Gegenstandes bedingten Pendelbewegungen ausführt, der dadurch
angezeigte Amplitudenwert abgelesen wird, wobei das Anzeigegerät nach der Grösse
des zu verwendenden Gegenwichtes kalibriert sein kann, und eine Speicherung einer
Drehwinkellage der Spindel erfolgt.
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Diese Drehwinkellage entspricht einem bestimmten Relativwert der Pendelamplitude,
z.B. dessen Nulldurchgang, und vermittelt somit Aufschluss darüber, wo das durch
das Anzeigegerät bezeichnete Gegengewicht anzubringen ist.
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Nach Ausschalten des Spindelantriebes wird die Spindel von Hand oder
durch ihre Trägheit oder in anderer geeigneter Weise weitergedreht, wobei ihre jeweiligen
Drehwinkellagen mit der gespeicherten Information laufend verglichen werden, bis
ein/ Abgleich stattfindet und angezeigt wird. Der auszuwuchtende Gegenstand befindet
sich dann in einer Lage, in welcher das Gegengewicht an einer ganz bestimmten Stelle
des Gegenstandes anzubringen ist.
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Diese Stelle kann z.B. durch einen Pfeil am Maschinengestellt der
Auswuchtvorrichtung kenntlich gemacht sein.
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Es ist empfehlenswert, den Nulldurchgang der Amplitudenkurve als
Kriterium für die Speicherung der entsprechenden Drehwinkellage der Spindel zu benutzen,
da dieser Punkt schärfer definiert ist als jeder anderer Punkt
der
Kurve. Da die Pendelbewegungen der Spindel gegenüber der Drehung der Unwucht eine
durch die festen Daten der Auswuchtvorrichtung, wie die Eigenschwingungszahl des
pendelnden Systems, die Spindeldrehzahl usw., bestimmte Phasenverschiebung aufweisen,
befindet sich die Unwucht bei Pendelamplitude Null immer in einer bestimmten Ebene,
die mit der Schwingungsebene der Spindel einen vorbestimmten Winkel einschliesst.
Beim anschliessend erfolgenden Abgleich soll also das Gegengewicht in dieser Ebene
diametral gegenüber der Unwucht aufgesetzt werden. Mit Vorteil kann die Abgleicheinrichtung
den erfolgten Abgleich durch Abbremsen bezw. Arretieren der Spindel in der betreffenden
Drehwinkellage anzeigen.
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Das Offnen der dem Speicher vorgeschalteten Torschaltung kann manuell
eingeleitet werden, nachdem die Spindel auf die erwünschte Tourenzahl hochgefahren
ist.
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Hierbei kennen jedoch Fehlerquellen durch unterschiedliche Bedienung
entstehen. Es empfiehlt sich daher nach einem weiteren Erfindungsmerkmal, dass die
dem Speicher vorgeschaltete Torschaltung eine UND-Schaltung ist, deren Offnen nicht
nur vom Erreichen des vorbestimmten Relativwertes der der Pendelbewegung der Spindel
entsprechenden elektrischen Grösse, sondern auch davon abhängt, dass nach Anlaufen
der Spindel eine zum Erreichen der vorbestimmten Drehzahl derselben genügende Zeit
abgelaufen ist. Diese Zeit kann entweder rein drehzahlabhangig oder aber empirisch
festgelegt sein. Im letzteren Falle kann die praktische Verwirklichung sehr einfach
dadurch erfolgen, dass der UND-Schaltung zwei Verzögerungsschaltungen vorgeschal
tet
sind, deren eine nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit die andere betätigt, welche
ihrerseits während mindest einer Umdrehung, vorzugsweise etwa 1 Umdrehung, der Spindel
einen Offnungsimpuls auf die UND-Schaltung gibt.
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Sobald die Speicherung der in Frage kommenden Drehwinkellage der
Spindel stattgefunden hat, besteht natürlich keine Veranlassungk um die Spindel
weiterlaufen zu lassen, sondern sie sollte möglichst schnell abgebremst und in die
Abgleichlage gebracht werdne. Erfindungsgemass kan dies dadurch erreicht werden,
dass nach Speicherung der Darstellung eines Drehwinkels der Spindel eine kurz andauernde
Umkehrung der Spindelantriebsrichtung und anschliessend ein Ausschalten des Spindelantriebes
vorzugsweise durch die zweite Verzögerungsschaltung ausgelöst wird. Durch diese
Umkehrung der Antriebsrichtung erfolgt ein sehr schnelles Abbremsen der Spindel
und u.U. auch eine Umkehrung der Drehrichtung, wobei jedoch infolge des sofort darauf
folgenden Ausschaltens des Antriebes nur ganz niedrige Drehzahlen erreicht werden,
bei welchen die Spindel bei Anzeigen eines Abgleiches mit der gespeicherten Information
sofort angehalten bezw. arretiert werden kann.
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Die Erfindung wird im Nachstehenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig.l eine schematische Darstellung der wesentlichsten mechanischen Teile
der Vorrichtung, Fig.2 einer schematisierte Seitenansicht eines Positionsgebers,
Fig.3 ein Blcokdiagramm der elektrischen Schaltung der verrichtung; und
Fig.4
ein Zeitdiagramm des Funktionsablaufes der elektrischen Schaltung.
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Eine waagerechte Spindel 1 ist in einem nicht dargestellten Maschinengehäuse
in zwei Lagern 2 und 3 drehbar gelagert. Die beiden Lager sind gegen die Wirkung
von Rückstellfedern 4 bezw. 5 in Querrichtung der Spindel 1 beweglich, können jedoch
durch nur andeutungsweise dargestellt Arretierglieder 6 bezw. 7 in einer Mittellage
gegenüber dem Maschinengehäuse arretiert werden. Die Arretierglieder 6 und 7 sind
mit einer nicht dargestellten Handhabe derart verbunden, dass wahlweise das Lager
2 oder das Lager 3 arretiert werden kann. Die Spindel kann daher wahlweise um eine
durch die Arretierglieder 6 bestimmte, senkrechte Achse x-x oder um eine durch die
Arretierglieder 7 bestimmte senkrechte Achse y - y pendeln, wobei das jeweils nicht
arretierte Lager an dieser Pendelbewegung teilnimmt und die Spindel in Richtung
auf ihre Mittellage drückt0 Auf der Spindel 1 ist eine Keilriemenscheibe 8 befestigt,
die durch einen Keilriemen 9 die Spindel mit einem elektrischen Antriebsmotor 10,
vorzugsweise einem Synchronmotor, verbindet.
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Der auszuwuchtende Gegenstand, z;.B. ein Fahrzeugrad, wird auf das
am Lager 2 liegende Ende der Spindel derart aufgesetzt, dass eine seitliche Begrenzungsebene
des Gegenstandes annthernd durch die Achse x - x verluft, Wenn anschliessend die
Spindel 1 mit dem darauf befestigten Gegenstand durch den Motor 10 in Drehung versetzt
wird, wobei Jeweils ein Lager 2 bezw. 3 arretiert
wird, führt sie
Pendelbewegungen aus, die bekanntlich ein Mass für die Grdsse und Lage der dynamischen
bezw. statischen TjntYucht des auszuwuchtenden Gegenstandes sind.
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Am anderen Ende der Spindel 1 ist teils ein Ubertrager 11 zum Umsetzen
der Pendelbewegungen der Spindel in eine entsprechende Wechselspannung, teils ein
Positionsgeber 12 angeordnet, der die jeweilige Drehwinkellage der Spindel in digitaler
Form darstellt.
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Der Ubertrager 11 hat ein Lager 13, in welchem die Spindel 1 frei
drehbar ist und das im nicht dargestellten Maschinengehäuse verdrehungssicher gehalten
ist, jedoch an den Pendelbewegungen der Spindel teilnehmen kann.
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Am Lagergehäuse ist eine senkrechte Blattfeder 14 des sogenannte"Strain-Gauge"-Typs
befestigt, bei der an zwei elektrischen Anschlüssen 15 eine der Durchbiegung der
Blattfeder entsprechende elektrische Spannung abgegriffen werden kann. Die Blattfeder
14 ist am unteren Ende mit einem Gewicht 16 versehen, das durch seine Trägheit die
erforderlichen Biegebewegungen der Blattfeder sicherstellt.
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Dieses Gewicht kann auf die durch den Antriebsmotor 10 bestimmte Drehzahl
der Spindel 1 und damit auf deren Schwingungszahl sowie auf die Federkennlinie der
Blattfeder 14 derart abgestimmt sein, dass die am Ubertrager abgegriffene elektrische
Spannung jeweils dann durch Null geht, wenn die Unwucht des auszuwuchtenden Gegenstandes
eine senkrechte Ebene durch die Spindelachse passiert, d. h. man kann durch entsprechende
Wahl des Gewichtes 16 die sonst meistens vorhandene Phasenverschiebung zwischen
Drehwinkellage der Unwucht und Pendelbewegung der Spindel ausgleichen.
Auf
alle Fälle sollte die Eigenschwingungszahl der mit dem Gewicht 16 belasteten Blattfeder
14 von der Schwingungszahl der Spindel 1 unterschiedlich sein. Natürloch konnte
das untere Ende der Blattfeder 14 auch gegenüber dem Maschinengehäuse festgehalten
sein, wodurch jedoch ein Phasenverschiebungsausgleich nicht mehr möglich wäre.
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Der Hauptbestandteil des Positionsgebers 12 ist eine auf der Spindel
1 befestigte Scheibe 17, welche numerische Winkelsymbole in einer binären 6-Kanal-Kode,
z.B. einer sogenannten Gray-Kode, enthält. Mit dieser Kode können insgesamt 64 Symbole
dargestellt werden, d.h. der gesamte Winkelumfang der Scheibe 17 wird in 64 gleich
grosse Abschnitte aufgeteilt, denen je ein Symbol zugeordnet ist.
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Jeder Abschnitt erstreckt sich über @@@ = 5 @ °, d.h. die jeweilige
Drehwinkellage der Scheibe 17 und damit der Spindel 1 kann mit einer Genauigkeit
von t 2,80 ermittelt werden, was für praktische Zwecke durchaus genügt.
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Unmittelbar hinter der Positionsgeberscheibe 17 sitzt auf der Spindel
1 eine darauf drehbare Scheibe 18, die gegen Verdrehung gegenüber dem Maschinengehäuse
gesichert ist und sechs an einer radialen Linie verteilte Photozellen 19 trägt,
die den sechs Kanälen der gewählten binaren Kode entsprechen. An der den Photozellen
abgekehrten Seite der Scheibe 17 ist eine feststehende Lichtquelle 20 gegenüber
den Photozellen angeordnet. Die gewählte Kode ist in der Scheibe 17 gelocht oder
vorzugsweise durch abwechselnd lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Stellen
dargestellt. Beim Drehen der Scheibe
geben die Photozellen somit
fortlaufend Impulskombina tonen ab, welche den Drehungswinkel der Scheibe 17 gegenüber
der Scheibe 18 darstellen und auch durch ihre Reihenfolge die Drehrichtung bezeichnen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird nunmehr an Hand der Diagramme
nach Fig.3 und 4 beschrieben werden.
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Nach Befestigen des auszuwuchtenden Gegenstandes auf der Spindel
1 wird ein Druckknopfkontakt 21, Fig.3 kurz betätigt. Hierdurch wird ein Impuls
teils auf einen Drehrichtungswähler 22, teils auf eine aus zwei Stufen I und II
bestehende Verzögerungsschaltung gegeben. Der Drehrichtungswähler 21 besteht aus
einem bistabilen Multivibrator, der durch den Impuls in die Arbeitslage kippt und
dort solange verharrt, bis er von einem Positions- und Drehrichtungsleser 23 einen
durch Umkehrung der Spindeldrehrichtung ausgelösten Impuls erhält. Die Verzögerungsstufe
I, die aus einem monostabilen Multivibrator besteht, kippt durch den Druckknopfimpuls
ebenfalls in die Arbeitslage und verharrt dort während etwa 15 Sekunden und kippt
dann von selbst in die Ausgangslage zurück. Hierdurch gibt sie einen Impuls auf
die ebenfalls aus einem monostabilen Multivibrator bestehende Verzögerungsstufe
II, die dann für eine Zeit, die etwa 1,5 Umdrehungen der Spindel entspricht, in
die Arbeitslage kippt und anschliessend in die Ausgangslage zurückkippt.
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Mit dem Drehrichtungswähler 22 und der aus den Stufen I und II bestehenden
Verzõgerungsschaltung sind zwei Relais RL 1 und R1 2 verschaltet. Das Relais RL
1 steuert durch einen Ruhekontakt den Stromkreis eines VorwErtslaufschutzes 24 für
den Motor » 10 und ist als Ruhestromrelais
derart verschaltet,
dass es nur solange abfällt und seinen Ruhekontakt schliesst, als sich sowohl der
Drehrichtungswähler 22 als auch jeweils eine der beiden Verzögerungsstufen I und
II in der Arbeitslage befinden. Das Relais Rl 2,steuert mit-einem Arbeitskontakt
den Stromkreis eines Rückwärtslaufschützes 25 für den Motor 10. Beide Schütze enthalten,
wie in Fig.3 angedeutet, je einen Ruhekontakt für den Stromkreis des anderen Schützes
und können somit nicht zu gleicher Zeit eingeschaltet sein.
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Durch das Kippen des Drehrichtungswählers 22 und der Verzögerungsstufe
I in die Arbeitslage fällt das Relais Rl 1 ab und schliesst mit seinem Ruhekontakt
dea Stromkreis des Vorwärtslaufschützes 24. Dadurch läuft die Spindel 1 an und erreicht
im Laufe einiger Sekunden eine feste Tourenzahl von etwa 10 U/sek. Die Jeweiligen
Drehwinkellagen der Spindel werden durch den Positionsgeber 12 laufend auf den Positions-
und Drehrichtungsleser 23 gegeben. Gleichzeitig gibt der Ubertrager 11 eine Wechselspannung
ab, die über einen Verstärker 26 und ein Gleichrichterventil einem Anzeige@gerät
27 zugeleitet wird, welches derattkalibriert sein kann, dass an ihm die Grösse des
zum Auswuchten erforderlichen Gegengewichtes direkt@ abgelesen werden kann.
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Nach etwa 15 Sekunden, innerhalb welcher das pendelnde System sich
stabilisiert hat und das Anzeigegerät 27 abgelesen worden ist, kippt die Verzögerungsstufe
I in die Ausgangslage zurück und gibt dadurch einen Impuls auf die Verzögerungsstufe
II, die infolgedessen in dio Arbeitslage kippt und einen Löschimpuls auf einen Positionsspeicher
28 gibt, um dessen Nullstellung sicherzustellen.
Gleichzeitig gibt
die Verzögerungsstufe II für die Dauer ihres wirksamen Zustandes einen Offnungsimpuls
auf eine Torschaltung 29, die als UND-Tor ausgestaltet ist. Einen weiteren Offnungsimpuls
erhält die Torschaltung 29 von einer Synchronisierungsschaltung 30 jeweils dann,
wenn die verstärkte Wechselspannung vom Ubertrager 11 in bestimmter Richtung durch
Null geht. Diese Synchronisierungsschaltung kann z.B. ein sogenannter Schmitt-Trigger
sein. Wenn beide Offnungsimpulse vorhanden sind, wird die Torschlatung 29 für die
Dauer des kürzeren Impulses (Nulldurchgangsimpuls) geöffnet, wodurch der Positionsgeber
12 das entsprechende Drehwinkelsymbol in den Positionsspeicher 28 einführt.
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Das Relais RL 2, das so verschaltet ist, dass es nur dann erregt
wird, wenn sich der Drehrichtungswähler 22 in der Arbeitslage, die Verzögerungsstufe
I dagegen in der Ruhelage befindet, wurde beim Zurückkippen dieser Stufe erregt
und bereitete durch seinen Arbeitskontakt den Stromkreis für das Rückwärtslaufschütz
25 vor. Beim Zurückkippen auch der Verzögerungsstufe II wird das Relais RL 1 erregt
und öffnet seinen Ruhekontakt, wodurch das Vorwärtslaufschütz 24 abfällt und seinen
Ruhekontakt für das Rückwärtslaufschütz 25 schliesst. Es erfolgt daher eine Umkehrung
der Drehrichtung des Drehfeldes des Motors 10, wodurch dieser schnell abgebremst
und schliesslich im gegenläufigen Sinne anläuft. Diese Tatsache wird durch den Positionsgeber
12 dem Positions- und Drehrichtungsleser 23 vermittelt, wodurch der letztere einen
Impuls auf den Drehrichtungswähler 22 gibt, so dass dieser in die Ausgangslage
zurückkippt.
Damit fallen das Relais RL 2 und das Rückwärtslaufschütz 25 ab, d.h. der Motor 10
und die Spindel 1 werden stillgesetzt. Hiermit ist der Ausgangszustand der Vorrichtung
wiederhergestellt, abgesehen davon, dass sich nunmehr ein neues WinkelsFmbol im
Positionsspeicher 28 befindet.
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Bei Weiterdrehen der Spindel, entweder von Hand oder durch die beim
Ausschalten des Motors in ihr gespeicherts
findet durch eine Abgleichschaltung 31 laufend ein Vergleich zwischen dem im Positionsspeicher
28 gespeicherten Winkelsymbol und der durch den Positionsgeber 12 in den Positions-und
Drehrichtungsleser 23 eingeführten Winkelsymbole statt. Bei Ubereinstimmung zwischen
diesen Symbolen gibt die Abgleichschaltung ein Signal ab, z.B. ein Lichtsignal oder
einen Betätigungs impuls für eine Spindelbremse. Bei entsprechender Gestaltung der
Vorrichtung befindet sich dann die Stelle, wo das erforderliche Gegenwicht anzubringen
ist, senkrecht über der Spindelachse.
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Der Positions- und Drehrichtungsleser 23, der Positionsspeicher 28
und die Abgleichschaltung 31 können durch bekannte Komponenten von kybernetischen
Maschinen gebildet werden und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
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Beim Auswuchten von Kraftfahrzeugrädern kann unterschiedlichen Grössen
derselben durch entsprechendes Einstellen des Verstärkungsgrades der vom Ubertrager
11 dem Anzeigergerät 27 zugeführten elektrischen Spannung Rechnung getragen werden.