DE19716768A1 - Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Körpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Körpern, bestehend aus einer mit dem Körper umlaufenden, konzentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Laufbahn, innerhalb der mindestens zwei Gewichte oberhalb der kritischen Drehzahl des Körpers oder seines Lagersystems frei beweglich angeordnet sind.

Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 640 192 B1 bekannt. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Kugelauswuchter, bei dem innerhalb der Laufbahn Kugeln frei beweglich angeordnet sind.

Der Nachteil eines Kugelauswuchters besteht darin, daß er seine kompensatorische Wirkung erst oberhalb der Resonanzfrequenz bzw. kritischen Drehzahl des Systems entfaltet, in dem der rotierende Körper gelagert ist (s. bspw. Kellenberger: Elastisches Wuchten; Springer Verlag; S. 402f). Im unterkritischen Drehzahlbereich wird die vorhandene Unwucht sogar verstärkt.

Des weiteren muß bei einer horizontalen Rotationsachse des Körpers sichergestellt werden, daß die Kugeln mit der Laufbahn rotieren und nicht aufgrund ihrer Schwerkraft im unteren Bereich der Bahn abrollen. Hierzu wird in der EP 0 640 192 B1 vorgeschlagen, die Laufbahn mit einem Stoff zu füllen, der aufgrund der durch ihn ausgeübten Reibkraft die Kugeln zum Anfang der Rotation mitnimmt. Hier hat sich ein viskoses Dämpfungsmittel, insbesondere Öl, bewährt, da Flüssigkeiten mit geringer Viskosität den gewünschten Effekt nicht erbringen und hochviskose Massen oder Sand die Ausrichtung der Kugeln im überkritischen Bereich stören. Solche Dämpfungsmittel führen bei ihrer Entsorgung leider zu erheblichen Problemen. Außer­ dem ist ihre Viskosität stark temperaturabhängig, so daß ihr Einsatz bei rotierenden Körpern mit schwankender Temperatur, beispielsweise bei Waschmaschinentrommeln in Laugen­ behältern mit unterschiedlich temperierter Lauge, nicht möglich ist.

In der EP 0 640 192 B1 wird außerdem vorgeschlagen, in der Laufbahn einen Mitnehmer in Form einer Feder-Masse-Anordnung zu installieren, der bei zunehmender Rotationsge­ schwindigkeit durch die auf ihn ausgeübte Zentrifugalkraft in einer Nut in der Laufbahn verschwinden soll. Diese Funktion ist bei der dort beschriebenen Anordnung nicht gewähr­ leistet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich am Anfang der Rotationsbewegung alle Kugeln im Bereich des Mitnehmers befinden und somit selbst eine große Unwucht darstellen.

Bei Kugelauswuchtern besteht außerdem der Nachteil, daß die Gleitreibung der Kugeln unter­ einander und ihr Zusammenstoßen zu einer hohen Geräuschentwicklung führt. Darüberhinaus ist die Volumenausnutzung der Laufbahn bei der Verwendung von Kugeln nicht optimal.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, eine Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Körpern der eingangs genannten Art zu offenbaren, welche im unterkritischen Bereich nicht zu einer Verstärkung der Unwucht führt.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile resultieren daraus, daß sich die Gewichte unterhalb einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit, insbesondere unterhalb der kritischen Drehzahl des Systems, bezüglich ihrer Fliehkraft im Gleichgewicht befinden und so anfangs keinen Einfluß auf die Unwucht des Körpers verursachen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Gewichte kreissegmentförmig ausgebildet. Hierdurch wird das Volumen der Laufbahn gut ausgenutzt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Gewichte innerhalb der Laufbahn in radialer Richtung bewegbar federnd gelagert. Es ist dann möglich, die Zentrifugal­ kraft der Gewichte bei steigender Rotationsgeschwindigkeit zur Aufhebung der Fixierung zu nutzen. Die Drehzahl, bei der dies erfolgt, kann in einfacher Weise durch geeignete Wahl der Federkonstanten vorgegeben werden.

Eine vorteilhafte, einfach zu fertigende Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auswuch­ ters ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtungen aus Rasteinrichtungen bestehen, die am Innenrand der Laufbahn und an den dort anliegenden Flächen der Gewichte angeordnet sind, und daß die Federkonstanten der Lagerungen und die Masse der Gewichte derart dimen­ sioniert sind, daß bei einer vorbestimmten ersten Rotationsgeschwindigkeit die von den Gewichten aufgrund ihrer Zentrifugalkraft in radialer Richtung zurückgelegten Wegstrecken zur deren Freigabe aus den Rastvorrichtungen ausreicht. Dabei können die Lagerungen aus ge­ federten ersten Rollen bestehen, die innerhalb einer Nut in der Außenfläche der Gewichte in radialer Richtung bewegbar angeordnet sind, wobei sich die ersten Rollen am Außenrand der Laufbahn abstützen. So ist nach der Aufhebung der Arretierung eine schnelle, reibungsarme Ausrichtung der Gewichte gewährleistet.

Es hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, die Nuten derart auszubilden, daß ihre Tiefe zur vollständigen Aufnahme der ersten Rollen ausreicht und daß die Federkonstanten der Lagerung und die Masse der Gewichte derart dimensioniert sind, daß bei einer vorbestimmten zweiten Rotationsgeschwindigkeit oberhalb der kritischen Drehzahl die Außenfläche der Ge­ wichte am Außenrand der Laufbahn vollflächig anliegen. Hierdurch wird nach der Ausrichtung der Gewichte im überkritischen Drehzahlbereich die Belastung des Außenrands der Laufbahn verringert.

Die Rasteinrichtungen sind in vorteilhafter Weise als Rollen an den Innenflächen der Gewichte ausgebildet, die in Vertiefungen auf dem Innenrand der Laufbahn eingreifen. Dadurch ist ge­ währleistet, daß die Gewichte nach dem Unterschreiten der kritischen Drehzahl wieder schnell in ihre Arretier-Positionen zurückkehren und dort verbleiben.

Es ist außerdem vorteilhaft, an radial gerichteten Flächen der Gewichte mindestens einen An­ schlagpuffer anzuordnen. Hierdurch werden Geräusche beim Zusammenstoßen der Gewichte gedämpft.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Waschmaschinentrommel 1 mit zwei Auswuchtsystemen;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Laufbahn 5;

Fig. 3 den detaillierten Aufbau eines Auswuchtsystems.

Die in Fig. 1 dargestellte Trommel 1 einer Waschmaschine ist in bekannter Weise in einem Laugenbehälter (nicht dargestellt) drehbar gelagert und wird über einen Motor (nicht dargestellt) an ihrem Trommelzapfen 2 angetrieben. In die Trommelkappe 3 und den Trommelboden 4 sind Auswuchtsysteme eingesetzt, wobei zum Herstellen der kreisringförmigen Laufbahnen 5 ein preisgünstiges Tiefziehverfahren verwendet wird.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Laufbahn, wobei zwei 90°-Kreissegmente als Ge­ wichte 6 zu erkennen sind. Diese im Querschnitt rechteckigen Gewichte 6 können sich in einer im Querschnitt ebenfalls rechteckigen Laufbahn 5 meridional frei bewegen.

In der Abb. 3 schließlich wird der detaillierte Aufbau des Systems skizziert. Die freie Bewegung der Gewichte 6 auf der Laufbahn 5 wird durch erste Rollen 7, wofür Nadellager ohne Innenring Verwendung finden, gewährleistet. Diese ersten Rollen 7 werden über Federn 8 in Nuten 9 am Außenrand 10 der Gewichte 6 gelagert. Die Vorspannung der Federn 8 sorgt für ein sicheres Einrasten der mit den Gewichten 6 verbundenen zweiten Rollen 11 in Ver­ tiefungen 12, die sich am Innenrand 13 der Laufbahn 5 befinden. Die zweiten Rollen sind ebenfalls Nadellager ohne Innenring, womit die Bewegung der Gewichte 6 in Umfangs­ richtung lediglich der Rollreibung unterliegt. An den Enden eines Gewichtes 6 werden zur Geräuschdämmung Gummipuffer 14 montiert, die sich beim Auslauf positiv auswirken.

Die Funktionsweise der Anordnung ist im Folgenden beschrieben:
Zu Beginn eines Schleuderhochlaufes der Trommel 1 (unterhalb der kritischen Drehzahl n_krit bzw. Rotationsgeschwindigkeit ω_krit) sind die Gewichte 6 mittels ihrer zweiten Rollen 11 in den Vertiefungen 12 der Laufbahn 5 diametral fixiert, womit negative Auswirkungen des automatischen Auswuchters unterhalb bzw. beim Durchgang durch die Resonanz ausge­ schlossen werden. Dabei erfolgt die Arretierung der Gewichte 6 durch den Druck der Federn 8. Erst oberhalb der kritischen Drehzahl übersteigt die Zentrifugalkraft die Federkraft, so daß die zweiten Rollen 11 ausrasten und die Gewichte 6 auf den ersten Rollen 7 frei beweglich sind. Dann können sie durch Einnahme neuer Positionen die in der Trommel 1 vorhandene Unwucht teilweise oder vollständig kompensieren. Die Federkonstanten sollten so ausgelegt werden, daß die ersten Rollen 7 bei hohen Drehzahlen n₂ weit oberhalb der kritischen Drehzahl in den Nuten 9 vollständig verschwinden und die Gewichte 6 so voll­ flächig am Außenrand 15 der Laufbahn 5 zur Anlage kommen. Damit wird eine hohe Linien­ belastung des Außenrands 15 der Laufbahn 5 verhindert.

Beim Auslauf vollzieht sich der Vorgang in umgekehrter Richtung. Zweckmäßigerweise kann zur Geräuschdämpfung des Einrastvorgangs in die Nut ein Elastomer 16 angespritzt werden. Zur Sicherstellung des Einrastens kann die rotierende Trommel 1 auch über den Motor generatorisch abgebremst werden.

Damit die Gewichte 6 für den nächsten Hochlauf in ihrer diametralen Stellung fixiert sind, sollte man nach dem Stillstand die Trommel 1 in beide Richtungen für jeweils 1 Umdrehung langsam rotieren lassen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Körpern, bestehend aus einer mit dem Körper umlaufenden, konzentrisch zu seiner Rotationsachse angeordneten kreisringförmigen Lauf­ bahn (5), innerhalb der mindestens zwei Gewichte (6) oberhalb der kritischen Drehzahl des Körpers oder seines Lagersystems frei beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß allen Gewichten (6) Fixiereinrichtungen zugeordnet sind, die

• - die Gewichte (6) unterhalb einer vorbestimmten ersten Rotationsgeschwindigkeit in Positionen arretieren, in denen die Summe ihrer Fliehkräfte auf die Rotationsachse gleich Null ist,
  und
• - die Gewichte (6) oberhalb der vorbestimmten ersten Rotationsgeschwindigkeit freigeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte erste Rotationsgeschwindigkeit ungefähr der kritischen Drehzahl n_krit des Körpers oder seines Lagersystems entspricht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte (6) kreissegmentförmig ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte (6) innerhalb der Laufbahn (5) in radialer Richtung bewegbar federnd ge­ lagert sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtung aus am Innenrand (13) der Laufbahn (5) und an den dort anliegenden Flächen der Gewichte (6) angeordneten Rasteinrichtungen (11; 12) bestehen, und daß die Federkonstanten der Lagerungen und die Masse der Gewichte (6) derart dimen­ sioniert sind, daß bei einer vorbestimmten ersten Rotationsgeschwindigkeit die von den Gewichten (6) aufgrund ihrer Zentrifugalkraft in radialer Richtung zurückgelegten Wegstrecken zu deren Freigabe aus den Rasteinrichtungen (11; 12) ausreicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerungen aus gefederten ersten Rollen (7) bestehen, die innerhalb einer Nut (9) in der Außenfläche der Gewichte (6) in radialer Richtung bewegbar angeordnet sind, wobei sich die ersten Rollen (7) am Außenrand (15) der Laufbahn (5) abstützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten (9) zur vollständigen Aufnahme der ersten Rollen (7) ausreicht und daß die Federkonstanten der Lagerung und die Masse der Gewichte (6) derart dimensioniert sind, daß bei einer vorbestimmten zweiten Rotationsgeschwindigkeit oberhalb der kritischen Dreh­ zahl n_krit die Außenfläche der Gewichte (6) am Außenrand der Laufbahn (5) vollflächig an­ liegen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtungen als Rollen (11) an den Innenflächen der Gewichte (6) ausgebildet sind, die in Vertiefungen (12) auf dem Innenrand (13) der Laufbahn (5) eingreifen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an radial gerichteten Flächen der Gewichte (6) mindestens ein Anschlagpuffer (14) ange­ ordnet ist.

10. Trommelwaschmaschine mit einer Auswuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.