DE1960506U - Auswuchtmaschine. - Google Patents

Description

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Patentanwalt Dipl.-Phys. GERHARD LlEDL · 8 München 22, Steinsdorfstraße 22 Telefon 29 84 «2 pFdrQ^fliber 05/22208

Gebr. Hof mann KG., Maschinenfabrik, D AR MSTADT, Pallaswiesenstraße 72

Auswuchtmaschine

Die Neuerung betrifft eine Auswuchtmaschine, bei welcher ein auszuwuchtender Rotationskörper in Verbindung mit wenigstens einer Unwuchtmeßeinrichtung zwecks Bestimmung der Unwucht(en) zur Rotation gebracht und bei welchem während der Rotation von demselben Material an bestimmten Stellen entnommen wird.

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In der Auswuchttechnik wird seit längerer Zeit angestrebt, die Unwuchten von Rotationskörpern in ein und demselben Durchlauf zu messen und sie zu entfernen. Die Unwucht wird somit bei rotierendem Prüfling entfernt. Im Gegensatz zu üblichen Auswuchtmaschinen, bei denen man mit dem Rotationskörper zuerst einige Probeläufe durchführen muß, um die Auswuchtmaschine zu eichen und den elektrischen Rahmen einzustellen, und bei denen das im Meßlauf gewonnene Ergebnis auf Ausgleichsbearbeitungsvorrichtungen übertragen wird, durch welche an dem ruhenden Rotationskörper in einer bestimmten Winkellage Material einer bestimmten Menge entfernt wird, und bei denen anschließend noch ein oder mehrere Kontroll-Läufe durchgeführt werden müssen, bringt die in Rede stehende Auswuchtmaschine eine wesentliche Vereinfachung und Verkürzung des gesamten Arbeitsablaufes mit sich. Darüber hinaus wird noch eine bedeutend größere Präzision in dem Unwuchtausgleich erzielt, da ja die Massenentnähme an dem rotierenden Prüfling gezielt solange vorgenommen wird, bis der Prüf ling tatsächlich keinerlei Unwuchtschwingungen mehr erzeugt. Ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet ist deshalb das Auswuchten von Prüflingen für Präzisionseinrichtungen, wie zum Beispiel das Auswuchten von Kreiseln für Navigationsinstrumente.

Mit der bisher bekannten Arbeitsweise läßt sich jedoch nur eine verhältnismäßig geringe Massenentnahme erreichen, so daß nur das

Auswuchten von sehr kleinen Rotationskörpern in Betracht kommt. Außerdem ist der technische Aufwand sehr groß.

So ist z. B. bekannt, einen Rotationskörper im Vakuum rotieren zu lassen und durch einen pulsierenden Elektronenstrahl Ma$se abzuschmelzen. Wenn die Wiederholungsfrequenz des pulsierenden Elektronenstrahles der Drehzahl des Rotationskörpers entspricht, trifft der Elektronenstrahl immer auf eine winkelmäßig genau definierte Stelle des Rotationskörpers. Dadurch, daß der Prüfling im Vakuum laufen muß, ergeben sich jedoch sehr große technische Schwierigkeiten.

Weiterhin ist bekannt, daß man mittels eines Lasers ein stark konzentriertes Lichtbündel erzeugt, welches ebenfalls impulsmäßig entsprechend der Drehzahl des Rotationskörpers gesteuert wird. Da Laser-Einrichtungen sehr teuer sind, eignet sich diese Arbeitsweise nur für Wenige Spezialzwecke.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es nun Aufgabe der Neuerung, eine Auswuchtmaschine in Vorschlag zu bringen, mit welcher sich die Unwucht eines Rotationskörpers während der Rotation desselben entfernen läßt und welche bei denkbar geringem technischen Aufwand auch für das Auswuchten von schwereren Rotationskörpern

verwendbar ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß zur Materialentnahme mindestens ein spanhebendes Werkzeug vorgesehen ist, das von einer durch eine Unwuchtmeßeinrichtung gesteuerten Vorschubeinrichtung(en) entsprechend der nach Größe und Winkellage gemessenen Unwucht bis zum völligen Unwuchtausgleich verstellt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das spanhebende Werkzeug eine Schleifscheibe, ein Fräser oder ein anderes rotierendes Werkzeug, das von einer von einer Unwuchtwinkelmeßeinrichtung gesteuerten ersten Vorschubeinrichtung längs seiner Drehachse verschoben wird und von einer von einer Unwuchtgrößenmeßeinrichtung gesteuerten zweiten Vorschubeinrichtung quer zu seiner Drehachse verstellt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Drehstähle oder Feilen zur Materialabnahme vorgesehen. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Anzahl der Drehstähle gleich der Anzahl der zur

Materialabnahme bestimmteiuStellen des Rotationskörpers ist.

An sich wäre zu erwarten, daß durch das Anlegen des Werkzeuges der Unwuchtmeßvorgang stark gestört wird. Da eine derartige Störung sich wieder rückwirkend auf den weiteren Vorschub des Werkzeuges

auswirkt, wäre zu erwarten, daß sich der gesamte Vorgang aufschaukelt, ohne daß es zu einem definierten Ergebnis kommt. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß diese Gefahr in den meisten Fällen nicht besteht. Wenn erforderlich, kann sie gemäß der Neuerung dadurch ausgeschaltet werden, daß man'Hie Eingriff stelle des Werkzeuges so wählt, daß die durch die Materialentnahmeentstehenden Stöße oder Stör schwingungen senkrecht zu dem Freiheitsgrad des Schwingsystems und/oder senkrecht zu der Aufnahmerichtung der die Unwuchtschwingungen aufnehmenden elektromechanischen Wandler verlaufen. Außerdem kann durch die Wahl entsprechender Werkzeuge, z. B. sich langsam drehender Schleifscheiben - wie dies im folgenden noch im einzelnen ausgeführt wird - das Auftreten von Störschwingungen weitgehend unterdrückt werden. In extremen Fällen können die Werkzeuge in das Schwingsystem selbst miteinbezogen werden. Da dann der Kräfteverlauf innerhalb des Schwingsystems geschlossen ist, kommt es theoretisch überhaupt nicht mehr zu einem Auftreten von Störschwingungen. Der Eingriff der Werkzeuge kann diskontinuierlich z.B. so erfolgen, daß es nur bei jeder vierten Umdrehung des Prüflings zu einer Materialentnahme kommt. Eventuell auftretende Stör schwingungen haben dann Zeit, während der dazwischen liegenden drei Umdrehungen abzuklingen.

Gemäß der Neuerung werden Rotationskörper verwendet, die zwei Materialerhebungen und eine Vorgabeunwucht besitzen. Unter einer

"Vorgabeunwucht" soll dabei verstanden sein, daß der Prüfling z. B. aufgrund einer konstruktiven Festlegung von vornherein eine Unwucht besitzt, die größer ist als die im allgemeinen beobachteten Unwuchten. Der größte Teil der Prüflinge einer Serie besitzt dementsprechend eine Unwucht an der gleichen winkelmäßig definierten Stelle. Die Materialerhebungen sind dann so dimensioniert, daß durch Entfernen derselben mit Sicherheit die Vorgabeunwucht ausgeglichen werden kann. Die Prüflinge können drei oder vier Materialerhebungen besitzen, welche vorzugsweise im Winkel von 120° bzw. von 90° gegeneinander versetzt sind. In Abwandlung ist es weiterhin möglich, die Prüflinge an mindestens einer Stirnfläche mit einer spiralig ausgebildeten Materialraupe zu versehen. Es kann auch daran gedacht werden, Rotationskörper zu verwenden, die an ihrer Mantelfläche eine: ^ in Form eines Schneckenganges verlaufende Materialraupe besitzen.

Besondere Vorteile werden erzielt, wenn eine Auswuchtmaschine gemäß der Neuerung so ausgebildet ist, daß der Rotationskörper in seinen ihm konstruktiv zugeordneten Lagern verbleiben kann.

Es hat sich gezeigt, daß in der Praxis in den meisten Fällen die Werkzeuge an den Fundamenten der Auswuchtmaschine abgestützt werden können. Wenn jedoch dadurch zu große Störschwingungen auftreten, so

können, insbesondere wenn Schwinglager in Anwendung kommen, die Werkzeuge an dem oder an den Schwinglagerböcken abgestützt werden, so daß die unter der Wirkung der Unwucht(en) des Rotationskörpers auftretenden Schwingungen nicht von den sich in dem schwingenden System schließenden Störkräften beeinflußt werden.

Die auszuwuchtenden Rotationskörper können gemäß der Neuerung zusätzlich zu oder anstelle der Materialerhebungen an einer oder an beiden Stirnflächen radial versetzte Aufnahmen für ein schmelzflüssiges und bei Abkühlung auf Raumtemperatur erstarrendes Material besitzen, das gegebenenfalls über Kanäle oder Bohrungen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an im Winkelabstand aneinander angeordnete Aushöhlungen oder Bohrungen in den Rotationskörper gelangt.

Gegebenenfalls kann eine Auswuchtmaschine gemäß der Neuerung auch mit starren Lagern versehen sein, die zur Aufnahme der Welle des Rotationskörpers dienen, wobei zur Aufnahme der Unwuchtkräfte kraftmessende Wandler, z.B. der^Bariumtitanatgattung, vorgesehen sind.

Die Werkzeuge werden zweckmäßigerweise so angelegt, daß insbesondere bei Auswuchtmaschinen mit einem oder mit mehreren Schwinglagern die beim Eingriff des Werkzeuges auftretenden Stoßkräfte quer zu dem Schwingungsfreiheitsgrad des oder der Lager gerichtet sind.

Besonders geeignet sind Rotationskörper, die an einer oder an beiden Stirnflächen von derselben abstehende Materialerhebungen aufweisen, welche radial und winkelmäßig gegeneinander versetzt sind. Weiterhin eignen sich Rotationskörper, welche an ihrer Mantelfläche von derselben abstehende Materialerhebungen aufweisen, die axial und winkelmäßig gegeneinander versetzt sind. Gemäß einer dritten Möglichkeit besitzt der Rotationskörper an wenigstens einer Stirnfläche eine spiralig verlaufende Materialraupe. Gemäß einer vierten Möglichkeit besitzt der Rotationskörper an seiner Mantelfläche wenigstens eine in Form eines Schneckenganges verlaufende Materialraupe. Zur dynamischen Auswuchtung können zwei in größerem Abstand voneinander an der Mantelfläche des Rotationskörpers angeordnete Materialraupen vorgesehen sein.

Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung einer Auswuchtmaschine gemäß der Neuerung.;.

Es zeigen;

Fig. ί schematisch eine erste Ausführungsform einer Auswuchtmaschine;

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Auswuchtmaschine;

Fig. 3 schematisch eine dritte Ausführungsform einer Auswuchtmaschine;

Fig. 4 schematisch eine vierte Ausführungsform einer Auswuchtmaschine;

Fig. 5 eine Stirnansicht eines Rotationskörpers gemäß der Neuerung;

Fig. 6 eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform eines Rotationskörpers gemäß der Neuerung.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist ein Rotationskörper 1 mit seiner Welle 2 in Schwinglagern 3 gelagert, welche in Richtung der Pfeile 4 gegen Federkraft frei schwingen können. Bei der Rotation des Körpers 1 entstehen Unwuchtkräfte, welche zu entsprechenden Lagerschwingungen führen. Die Lager schwingungen werden von elektromechanischen Wandlern 5 aufgenommen. Die elektromechanischen Wandler sind gemeinsam mit einem nicht dargestellten Phasenbezugsgeber an eine Auswerteeinrichtung 6 angeschlossen, die in bekannter Weise einen elektrischen Rahmen, Unwuchtwinkel- und Unwuchtgrößen-Anzeigeinstrumente und Einstellknöpfe besitzen kann.

Der Rotationskörper 1 besitzt drei von seiner Stirnfläche 7 abstehende Materialerhebungen 8, welche im gegenseitigen Winkelabstand von 120° angeordnet sind. Die Materialerhebungen 8 besitzen weiterhin einen unterschiedlichen Radialabstand von der Welle 2.

Ih denselben Radialabständen von der Welle 2 wie die Materialerhebungen 8 sind drei Schneidstähle 9 angeordnet, welche mittels der Spindeln 10 oder anderer Vorschubeinrichtungen gegen den Rotationskörper so weit vorgeschoben werden können, daß sie auf die Materialerhebungen 8 auf treffen und von diesen Material abnehmen. Der Vorschub der Schneidstähle 9 wird von einer Steuer- und Betätigungseinrichtung 11 bewirkt, welche mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden ist.

Die von den elektromechanischen Wandlern 5 aufgenommenen Unwucht* schwingungen werden in bekannter Weise durch den in der Auswerteeinrichtung 6 enthaltenen elektrischen Rahmen von den Lager ebenen
auf die Ebene der Stirnfläche 7 bezogen und in Komponenten aufgeteilt, die den Winkelstellungen der Materialerhebungen 8 entsprechen. Als
Ergebnis wird dementsprechend die Auswerteeinrichtung im Winkel von 120 gegeneinander versetzte Unwuchtkomponenten verschiedener Größe melden. Da derartige Auswerteeinrichtungen bekannt sind, ist eine eingehendere Beschreibung überflüssig. Entsprechend den gemeldeten

Unwuchtkomponenten setzt die Steuer- und Betätigungseinrichtung 11 die zugeordneten Spindeln 1,0 in Bewegung, so daß die den entsprechenden Materialerhebungen zugeordneten Schneidstähle 9 um einen bestimmten Betrag vorgerückt werden. Durch diesen Vorschub wird Material von den zugeordneten Materialerhebungen 8 entfernt, bis der Rotationskörper 1 ausgewuchtet ist.

Die Regelung des Vorschubes der Schneidstähle 9 kann so erfolgen, daß die Auswerteeinrichtung 6 bereits von vornherein auf Grund der ermittelten Größenwerte der Unwüchtkomponenten festlegt, wie weit die Schneidstähle 9 vorgerückt werden müssen. Es können jedoch auch gewisse Vereinfachungen in der Auswerteeinrichtung 6 getroffen werden. Da ja der Rotationskörper 1 während der Ausgleichsbearbeitung rotiert und dementsprechend eine dauernde Kontrolle seines Unwuchtzustandes erfolgt, können - ohne daß eine genaue Unwuchtgrößenmessung durchgeführt wird - die Schneidstähle 9 so lange vorgerückt werden, so lange noch eine in die entsprechende Winkellage fallende Unwuchtkomponente gemessen wird. Wenn die Unwuchtkomponente abgebaut ist, setzt dann die ^.Steuer- !einrichtung 11 den entsprechenden Schneidstahl 9 still. " , ' . - ' "— . - .■/-.■ ν . ■. - ■"..-■

Die Anordnung der Schneidstähle 9 erfolgt zweckmäßigerweise so, daß deren Schneidkanten parallel zu dem den Pfeilen 4 entsprechenden Schwingungsfreiheitsgrad der Lager 3 verlaufen. Die bei dem Auftreffen der Schneidstähle 9 auf die Materialerhebungen 8 auftretenden Stoßkräfte sind dann senk-

recht zu den Schneidkanten und auch senkrecht zu dem Schwingungsfreiheitsgrad gerichtet. Die durch die Unwucht des Rotationskörpers 1 erzeugten Schwingungen der Lager 3 werden dementsprechend durch die Unwuchtausgleichsbearbeitung nicht oder nur sehr wenig gestört.

Zur dynamischen Auswuchtung in zwei Ebenen kann die andere Stirnseite des Rotationskörpers 1 in ähnlicher Weise Materialerhebungen besitzen. Den Materialerhebungen ist dann ein weiterer Satz von Schneidstählen zugeordnet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird ein walzenförmiger Rotationskörper 12 verwendet, an dessen Mantelfläche 13 zwei Reihen von z.B. je vier im Winkelabstand von 90° angeordneten Materialerhebungen 14 vorgesehen sind. Der Rotationskörper 12 ist mit seiner Welle 15 in Schwing* lagern 16 gelagert. Die zugeordneten elektromechanischen Wandler und eine einen elektrischen Rahmen enthaltende Auswerteeinrichtung können ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ausgebildet sein. Es können auch in allen Ausführungsformen starre Lager mit kraftmessenden Wandlern, z.B. mit Bariumtitanat-Körpern Verwendung finden.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind Schleifscheiben 17 mit zugeordneten Antriebsmotoren 18 vorgesehen. Die Schleifscheiben 17 mit ihren Antriebsmotoren 18 werden je nach den ermittelten Unwuchtkomponenten in Richtung der Pfeile 19 verschoben, bis die Schleifscheiben 17 den zugeordneten

Materialerhebungen 14 gegenüberstehen. Anschließend erfolgt eine Verschiebung in Richtung der Pfeile 20, bis durch entsprechende Materialabnahme die Unwucht ausgeglichen ist. Wenn der Rotationskörper 13 mit hoher Geschwindigkeit rotiert wird, ist es an und für sich überflüssig, die Schleifscheiben 17 ebenfalls mit hohen Drehzahlen anzutreiben. Um eine gleichmäßige Abnutzung zu gewährleisten, sollten sich jedoch.die Schleifscheiben 17 wenigstens langsam drehen.

Die Motore 18 der Schleifscheiben 17 können, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, an dem Fundament 21 der Auswuchtmaschine abgestützt sein. Um die bei der Materialentnahme auftretenden und den Unwuchtmeßvorgang ggf. störenden Kräfte zu vermindern, können jedoch die Motore 18 der Schleifscheiben 17 auch in das schwingende System einbezogen werden und dementsprechend an den Schwinglagerböcken 16 über einen Ausleger 22 abgestützt sein, wie dies in Fig. dargestellt ist. In Fig. 5 ist ein Rotationskörper 23 dargestellt, an dessen Stirnfläche 24 eine spiralig verlaufende Materialraupe 25 vorgesehen ist. Aus der Materialraupe 25 wird je nach dem Unwuchtmeßvorgang mittels eines radial zu dem Rotationskörper 23 verschiebbaren Schleifwerkzeuges eine Nut 26 ausgeschliffen. Bei dieser Ausführungsform kann der Unwuchtwinkel direkt gemessen werden. Eine Komponentenaufteilung ist nicht erforderlich. Die Nut 26 liegt winkelmäßig genau an derselben Stelle, wie die ermittelte Unwucht.

In Abwandlung des der Neuerung zugrundeliegenden Gedankens kann auch daran gedacht werden, die gemessene Unwucht nicht durch eine Materialentnahme, sondern durch Hinzufügen von Zusatzmaterial auszugleichen. Anstelle eines spanhebenden Werkzeuges ist sodann eine Einspritz- oder E intropfvor richtung notwendig, mit deren Hilfe ein geeignetes Zusatzmaterial, z.B. in flüssiger Form, auf den Prüfling aufgebracht werden kann. Der Prüfling weist sodann Rinnen auf, die zur Materialaufnahme geeignet sind. So ist.z.B. gemäß Fig. 6 ein Rotationskörper 28 an einer Stirnfläche 27 mit Rinnen 29 versehen, die über spiralig nach außen verlaufende Stichkanäle 30 oder über tangential verlaufende Bohrungen mit winkelmäßig um 120° gegeneinander versetzten Bohrungen oder Höhlungen 31 verbunden sind. Das aufzubringende Zusatzmaterial wird über die Stichkanäle 30 in die Höhlungen oder Bohrungen 31 getrieben und erstarrt dort. Diese Ausführungsform gestattet also ein winkelmäßig definiertes Hinzufügen von Material in der gleichen Weise, nach welcher, wie beschrieben, von den Materialerhebungen Material abgenommen wurde.

Weiterhin ist es auch möglich, bei geschlossener Arretierung der Meßschwingen einen Ausgleich der Unwucht vorzunehmen.

Claims (6)

RA. 172 580-2S-3.67 Schutzansprüche

1. Auswuchtmaschine, bei welcher ein auszuwuchtender Rotationskörper

in Verbindung mit wenigstens einer Unwuchtmeßeinrichtung zwecks Bestimmung der Unwucht(en) zur Rotation gebracht und bei welchem während der Rotation von demselben Material an bestimmten Stellen entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Materialentnahme mindestens ein spanhebendes Werk» zeug vorgesehen ist, das von einer durch eine Unwuchtmeßeinrichtung gesteuerten VorschubeinrichtungCen) entsprechend der nach Größe und Winkellage gemessenen Unwucht bis zum völligen Unwuchtausgleich verstellt wird.

2. Auswuchtmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spanhebende Werkzeug eine Schleifscheibe, ein Fräser oder ein anderes rotierendes Werkzeug ist, das von einer von einer Unwuchtwinkelmeßeinrichtung gesteuerten ersten Vorschubeinrichtung längs seiner Drehachse verschoben wird und von einer von einer Unwuchtgrößenmeßeinrichtung gesteuerten zweiten Vorschubeinrichtung quer zu seiner Drehachse verstellt wird.

3. Auswuchtmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drehstähle oder Feilen zur Materialabnahme vorgesehen sind.

4. Auswuchtmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Drehstähle gleich der Anzahl der zur Materialabnahme bestimmten Stellen des Rotationskörpers ist.

5. Auswuchtmaschine gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet^ daß in an sich bekannter Weise, das oder die zur Aufnahme der Welle des Rotationskörpers dienende(n) Lager starr sind und daß zur Aufnahme der Unwuchtkräfte kraftmessende Wandler,

insbesondere der Bar-aümtitanatgättung, vorgesehen sind.

6. Auswuchtmaschine gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere bei mehreren Schwinglagern die beim Eingriff des Werkzeuges auftretende Stoßkraft quer zu dem Schwingungsfreiheitsgrad des oder der Lager gerichtet .ist.