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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wuchteinrichung, insbesondere für Turbolader, mit einem Grundkörper, der eine zentral angeordnete Aufnahme aufweist, in welcher ein zu wuchtendes Rotationselement, insbesondere eine Rumpfgruppe eines Turboladers, axial einschiebbar ist, um das Rotationselement in der Aufnahme um dessen Rotationsachse drehend zu halten, wobei an dem Grundkörper mehrere, um die Aufnahme herum angeordnete Hydraulikzylinder vorgesehen sind, mittels welcher das Rotationselement in der zentralen Aufnahme fixiert oder fixierbar ist.
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Wuchteinrichtungen der oben genannten Art zur dynamischen Messung von Unwuchten auf einem Rotationselement sind allgemein bekannt. Insbesondere bei Turboladern ist es notwendig, Drehgeschwindigkeit zwischen 20.000 und über 200.000 Umdrehungen pro Minute und die dabei entstehenden Unwuchten beziehungsweise Vibrationen zu messen.
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Dazu wird im Stand der Technik vorgeschlagen, dass Rotationselement – hier in der Form einer Rumpfgruppe eines Turboladers, welche aus einem Verdichterrad und einem Turbinenrad zusammengesetzt ist, die über eine Welle mit einer Wellenmutter zur dynamischen Messung von Unwuchten in einer oder mehreren Ebenen miteinander gekoppelt sind, in die Wuchteinrichtung einzusetzen. Dazu wird die Rumpfgruppe in eine in der Wuchteinrichtung ausgebildete zentrale Aufnahme geschoben und darin fixiert. Anschließend wird das Rotationselement in Drehung versetzt und über Sensoren Unwuchten des Rotationselementes detektiert.
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Die Befestigung der Rumpfgruppe in der Wuchteinrichtung erfolgt häufig über an der zentralen Aufnahme angebrachte Bolzen. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass die Fixierung der Rumpfgruppe jeweils sehr viel Zeit in Anspruch nimmt, was die Taktzeiten der Wuchteinrichtung deutlich verlängert.
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Zur Verringerung der Taktzeiten wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, die Rumpfgruppe mit einer Trägerstruktur in der zentralen Aufnahme zu fixieren, wobei die Trägerstruktur parallel zur Rotationsachse der Rumpfgruppe verschoben wird. Diese Form von Trägerstrukturen sind jedoch sehr sperrig und massiv und erhöhen somit die bei dem Wuchtvorgang zu beschleunigenden Massen, was zu einer Verfälschung des Wuchtergebnisses führen kann.
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Um diesem Problem zu entgehen, wird in der
US 9,261,110 B2 vorgeschlagen, ebenfalls einen Grundkörper vorzusehen, an dem eine Rumpfgruppe in eine in dem Grundkörper ausgebildete zentrale Aufnahme aufgenommen wird. Der Grundkörper ist dabei als Entkopplungselement ausgebildet, welches eine Basisstruktur aufweist, die elastisch eine Stützstruktur umgibt. Die Elastizität wird durch Vorsehen von Federelementen erreicht. Das heißt aus dem Entkopplungselement werden Strukturen derart mittels Drahterosion herausgeschnitten, dass das Basiselement und das Stützelement über sich durch den Erosionsvorgang gebildete Federn miteinander elastisch verbunden sind.
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Nachteilig an dieser Ausbildung des Entkopplungselements ist jedoch, dass die Rumpfgruppe über an dem Basiselement befestigte Hydraulikzylinder an der Struktur befestigt werden muss. Um eine damit einhergehende Vergrößerung der Masse entgegenzuwirken, wird in der
US 9, 261, 110 B2 vorgeschlagen, zwischen die auf dem Entkopplungselement fixierten und vorgespannten Hydraulikzylinder und die zu fixierenden Rumpfgruppe Fensterelemente vorzusehen, die eine federnde punktuelle Fixierung der Rumpfgruppe innerhalb der zentralen Aufnahme ermöglichen sollen. Diese Fenster sind jedoch sehr aufwändig reproduzierbar herzustellen.
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Zum anderen besteht bei einer Fehlbestückung der Wuchteinrichtung wie beispielsweise ein Nichteinsetzen der Rumpfgruppe die Gefahr, dass sich die Hydraulikzylinder nebst Fensterelementen aufgrund der radialen Krafteinwirkung der Hydraulikzylinder zur axialen Fixierung der Rumpfgruppe und der damit einhergehenden Krafteinwirkung auf das Entkopplungselement derart in die Aufnahme hinein bewegen, dass es schließlich zu einem Bruch der zwischen Basisstruktur und Trägerstruktur ausgebildeten Federelemente kommt. Als Folge muss das einteilig ausgebildete Entkopplungselement vollständig erneuert werden, da die zwischen den Basiselement und der Stützelement vorgesehenen Federelemente nicht ersetzt werden können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wuchteinrichtung bereitzustellen, die einen einfacheren und sicheren Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem der Grundkörper als Entkopplungsplatte ausgebildet ist, die einen inneren Plattenabschnitt und einen mit dem inneren Plattenabschnitt elastisch verbundenen, den inneren Plattenabschnitt umgebenden, ortsfest angeordneten äußeren Plattenabschnitt aufweist, wobei der Grundkörper mehrere Umfangsschlitze aufweist, über welche der innere Plattenabschnitt vom äußeren Plattenabschnitt federnd entkoppelt ist, derart, dass sich mehrere, voneinander getrennte Halteabschnitte auf der Entkopplungsplatte bilden.
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Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, von den im Stand der Technik bekannten einzelnen Federelementen zwischen den Plattenelementen Abstand zu nehmen und stattdessen auf der Entkopplungsplatte in Umfangsrichtung angeordnete Umfangsschlitze vorzusehen, die es ermöglichen, dass sich der innere Plattenabschnitt losgelöst vom ortsfesten fixierten äußeren Plattenabschnitt federnd bewegen kann.
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Die Entkopplungsplatte wird durch Vorsehen der Umfangsschlitze in zwei Plattenabschnitte – einen inneren und einen äußeren Plattenabschnitt – aufgeteilt. Dies hat zur Folge, dass der innere Plattenabschnitt durch die Umfangsschlitze von dem äußeren ortsfesten Plattenabschnitt getrennt und so in ausreichendem Maße gegenüber dem äußeren Plattenabschnitt elastisch gehalten ist.
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Die einteilig ausgebildete Entkopplungsplatte an sich bleibt dabei im Wesentlichen stabil, was sich gerade für den Fall einer Fehlbestückung der Wuchteinrichtung positiv auswirkt, da die Stabilität der Entkopplungsplatte im Wesentlichen erhalten bleibt und so beispielsweise einer Überbelastung wie bei den im Stand der Technik bekannten Federelementen erfolgreich entgegengewirkt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Umfangsschlitze jeweils über eine Länge von wenigstens 70%, insbesondere wenigstens 80% der Gesamtlänge des jeweiligen Halteabschnittes auf der Entkopplungsplatte erstrecken.
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In bevorzugter Weise ist die Entkopplungsplatte kreisförmig ausgebildet und die Umfangsschlitze der Halteabschnitte verlaufen jeweils parallel zu den Außenwandungen des äußeren Plattenabschnittes.
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Die Umfangsschlitze definieren jeweils wenigstens einen Halteabschnitt, wobei die Umfangsschlitze derart entlang des inneren und äußeren Plattenabschnittes ausgebildet sind, dass sie an die zu erwartende Art der bei der Rotation des Rotationselementes entstehenden Kräfte und Momente angepasst sind.
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An Endbereichen der Umfangsschlitze können zumindest teilweise Ausnehmungen, insbesondere in Form von Federstegen oder -nasen in der Entkopplungsplatte vorgesehen sein. Dabei können die Federstege oder -nasen an den Endbereichen der Umfangsschlitze parallel zueinander verlaufen und insbesondere parallel zu einer zwischen den Halteabschnitten liegenden Längsmittelebene der Entkopplungsplatte ausgerichtet sein.
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Benachbarte Halteabschnitte können unmittelbar durch Vorsehen mindestens einer Ausnehmung voneinander getrennt werden, wenn beispielsweise Umfangsschlitze der beiden benachbarten Halteabschnitte in die gleiche Ausnehmung münden. So ist es möglich, mindestens zwei benachbarte Umfangsschlitze unmittelbar durch jeweils radial verlaufende Ausnehmungen voneinander zu trennen.
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Alternativ ist es auch möglich, die Umfangsschlitze beabstandet zueinander anzuordnen und zur Bildung der Halteabschnitte zumindest teilweise in ihren Endbereichen überlappend auszubilden beziehungsweise Ausnehmungen in den Endbereichen der Umfangsschlitze so anzuordnen, dass sie überlappend angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine geradzahlige Anzahl von Halteabschnitten an der Grundplatte angeordnet sind, die insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Längsmittelebene der Entkopplungsplatte ausgebildet sein können.
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Alternativ ist es auch möglich, insgesamt drei Halteabschnitte an der Entkopplungsplatte vorzusehen, die sich insbesondere jeweils in einem Winkelbereich von wenigstens 70°, insbesondere wenigstens 80° und besonders bevorzugt wenigstens 100° entlang des Umfangs des Grundkörpers erstrecken.
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Natürlich ist es auch möglich, insgesamt zwei Paare von Halteabschnitten vorzusehen, die bezüglich zweier senkrecht zueinander stehende Längsmittelebenen des Grundkörpers spiegelsymmetrisch angeordnet und ausgebildet sind.
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Die Umfangsschlitze und/oder die Ausnehmung können mittels Wasserstrahlschneiden und/oder Drahterosion in den Grundkörper eingebracht werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Rotationselement durch eine im Wesentlichen axiale Verschiebungen der an den Halteabschnitten vorgesehenen Hydraulikzylinder in der zentralen Aufnahme des Grundkörpers verspannt oder verspannbar ist.
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Wenn die Hydraulikzylinder an dem inneren Plattenabschnitt angeordnet und befestigt sind, kann so erreicht werden, dass sämtliche weiteren, an der Wuchteinrichtung vorgesehene Massen gesamthaft an dem ortsfest an dem zu der Wuchteinrichtung fixierten äußeren Plattenabschnitt verbleiben, so dass die Rotationsbewegung des Rotationselementes mit deutlich geringerer Zusatzmasse erfolgen kann, da lediglich eine Rotation des inneren Plattenabschnittes zusammen mit den Hydraulikzylindern erfolgen kann. Die Gefahr einer Verfälschung der Messergebnisse kann so deutlich verringert werden.
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Die Hydraulikzylinder können innerhalb des inneren Plattenabschnitts axial, also parallel zur Rotationsachse des Rotationselement derart verfahrbar sein, dass sich an die Hydraulikzylinder anschließende Hebelelemente durch deren axiale Verschiebung so verkippen lassen, dass sich eine kraft- und/oder formflüssige Verbindung zwischen den Hebelelementen und dem Rotationselement einstellt.
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Eine Verbesserung der Automatisierbarkeit des Verfahrens zum Wuchten von Rumpfgruppen beziehungsweise Rotationselementen sieht vor, an dem äußeren ortsfesten Plattenabschnitt mehrere Pneumatikzylinder vorzusehen, um die Hydraulikzylinder und/oder die Hebelelemente nach Einsetzen des Rotationselementes in die zentrale Aufnahme an dem zu befestigenden Rotationselement zu positionieren und anschließend die ortsfest an dem äußeren Plattenabschnitt befestigten Pneumatikzylinder nach der Fixierung des Rotationselementes mittels der Hebelelemente in der zentralen Aufnahme zurückzufahren. So ist es möglich, eine automatische Positionierung der Hebelelemente an den zu befestigenden Rotationselement bereitzustellen und zu verhindern, dass weitere die Vibration des Rotationselement beeinträchtigende Massen den Wuchtvorgang beispielsweise durch die Pneumatikzylinder beeinflussen.
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Um auch einen schnellen Ausbau des Grundkörpers aus der Wuchteinrichtung beispielsweise bei Wechsel der äußeren Abmessung des Rotationselementes bzw. der Rumpfgruppe zu ermöglichen, ist in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Wuchteinrichtung eine Basisplatte aufweist, mittels welcher die Wuchteinrichtung beispielsweise mit Druckluft und Hydrauliköl versorgt werden kann, an welche eine an dem Grundkörper vorgesehene Adapterplatte einfach aufgeschoben werden kann. So entfallen bei einem Werkzeugwechsel zusätzliche Arbeitsschritte wie beispielsweise Bereitstellung einer Luft- oder Hydraulikölzufuhr oder ähnliches.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen verwiesen.
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In der Zeichnung zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Entkopplungsplatte in Draufsicht;
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2 eine erfindungsgemäße Entkopplungsplatte mit eingesetzter Rumpfgruppe von der Seite;
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3 eine Schnittdarstellung der Entkopplungsplatte entlang der Schnittlinie AA gemäß 1; und
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4 eine Teildarstellung der erfindungsgemäßen Kopplungsplatte mit eingesetzter Rumpfgruppe gemäß Schnitt B-B in der 3.
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Die 1 zeigt eine Wuchteinrichtung 1 für eine Rumpfgruppe 2 eines Turboladers. Die Rumpfgruppe 2 umfasst eine Welle 3, an deren Enden jeweils ein Turbinenrad 4 beziehungsweise ein Verdichterrad 5 des Turboladers befestigt und über eine Wellenmutter 3a fixiert sind.
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Die Wuchteinrichtung 1 ist mit einem Grundkörper 6 versehen, der eine zentral angeordnete Aufnahme 7 aufweist, um die Rumpfgruppe 2 in die Aufnahme 7 einzuschieben und das Rotationselement 3, 4, 5 um seine Rotationsachse drehend über nicht näher dargestellte Lager zu halten. An dem Grundkörper 6 sind mehrere, um die Aufnahme 7 herum angeordnete Hydraulikzylinder 8 vorgesehen, mittels welcher die Rumpfgruppe 2 in der zentralen Aufnahme 7 befestigt ist.
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Der Grundkörper 6 weist eine kreisförmige Entkopplungsplatte 9 auf, die einen inneren Plattenabschnitt 10 und einen mit dem inneren Plattenabschnitt 10 elastisch verbundenen, den inneren Plattenabschnitt 10 umgebenden, ortsfest in der Wuchteinrichtung 1 angeordneten äußeren Plattenabschnitt 11 umfasst.
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In der Entkopplungsplatte 9 sind entlang des Umfangs der Entkopplungsplatte 9, d. h. entlang eines Kreisbogens um die zentrale Drehachse des Rotationselementes 3, 4, 5 angeordnete Umfangsschlitze 12 vorgesehen, über welche der innere Plattenabschnitt 10 vom äußeren Plattenabschnitt 11 federnd entkoppelt ist.
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Die Umfangsschlitze 12 sind dabei so angeordnet, dass sie sich nahezu entlang des gesamten Umfangs des Entkopplungsplatte 9 erstrecken. Die einzelnen Umfangsschlitze 12 sind derart voreinander beabstandet, dass sich vier, voneinander getrennte Halteabschnitte 13 in der Entkopplungsplatte 9 ausbilden. Dazu sind die Umfangsschlitze 12 jeweils über eine Länge von 80 ° der Umfangslänge eines jeden Halteabschnittes 13 der Entkopplungsplatte 9 angeordnet.
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An den Endbereichen der Umfangsschlitze 12 sind Ausnehmungen in Form von Federstegen 14 und Federnasen 15 in der Entkopplungsplatte 9 vorgesehen, die auf die zu erwartende Belastung in den Halteabschnitten 13 angepasst ausgebildet sind, d.h. im Bereich von zu erwartenden Biege- und Torsionskräften als Federnasen 15, im Bereich von zu erwartenden durch Auf- und Abwärtsbewegungen hervorgerufenen Linearkräften als Federstege 14.
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Wie in 1 genauer zu sehen ist, handelt es sich bei den Endbereichen der Umfangsschlitze 12 in der 12-Uhr-Position und in der 6-Uhr-Position um Federnasen 15, die so angeordnet sind, dass sie sich beabstandet voneinander im Bereich der Ausbildung der Nasenform überlappen und dazu geeignet sind Schwingungen aufgrund von Rotationen zu komprimieren.
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In der 3-Uhr und 9-Uhr-Position hingegen sind die Endbereiche zweier benachbarter Umfangsschlitze 12 als Federstege 14 ausgebildet, die sich beabstandet zueinander parallel zum Achsmittelpunkt der Entkopplungsplatte 9 hin erstrecken.
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Zur Fixierung der Rumpfgruppe 2 an der Entkopplungsplatte 9 ist mit vier Halteabschnitten 13 eine geradzahlige Anzahl vorgesehen, die spiegelsymmetrisch zu einer Längsmittelebene der Entkopplungsplatte 9 angeordnet sind.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich drei Halteabschnitte an der Entkopplungsplatte 9 vorgesehen, die sich jeweils über einen Winkelbereich von 100° entlang des Umfangs des Grundkörpers 6 erstrecken. Auf diese Ausführungsform wird in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht weiter eingegangen.
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Die Umfangsschlitze 12 und Ausnehmungen 14, 15 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Wasserstrahlschneiden in die Entkopplungsplatte 9 eingebracht worden. Die Entkopplungsplatte 9 ist demnach weiterhin einteilig ausgebildet. Durch die verschiedenen Ausbildungsformen der Umfangsschlitze 12 und Ausnehmungen 14, 15 und der zwischen ihnen ausgebildeten Stege 14a, 15a wird eine federnde Lagerung des inneren Plattenabschnittes 10 vom ortsfesten äußeren Plattenabschnitt 11 unter Ausgleich von Krafteinwirkungen aufgrund der mit der Rotation und der Massenbewegungen der verschiedenartigen Bauteile erreicht. Dies ist gleichzusetzen mit einer Entkopplung des inneren Plattenabschnitts 10 vom ortsfesten äußeren Plattenabschnitt 11, was mit einer deutlichen Reduktion der zu bewegenden Massen während des Wuchtungsvorganges einhergeht.
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Um die Rumpfgruppe 2 in der zentralen Aufnahme 7 der Entkopplungsplatte 9 zu fixieren, werden zunächst an dem äußeren Plattenabschnitt 11 angebrachte, nicht dargestellte Pneumatikzylinder ausgefahren. Dieses Verfahren der Pneumatikzylinder ruft eine im Wesentlichen kraftlose Verschiebung der an dem inneren Plattenabschnit 10 angeordneten Hydraulikzylinder 8 innerhalb einer in dem inneren Plattenabschnitt 11 vorgesehenen Ausnehmung 16 hervor, Durch Positionierung der Hydraulikzylinder können an den Hydraulikzylinder 8 anschließende Hebelelemente 17 verkippt werden, was eine Fixierung der Rumpfgruppe 2 mittels daran vorgesehenen Halteflanschen 18 ermöglichen.
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Dies erfolgt durch eine im Wesentlichen axiale Verschiebung der Hydraulikzylinder 8 also auch achsparallel zur zentralen Achse der Rumpfgruppe 2, was zu einer Verkippung der sich daran anschließenden Hebelelemente 17 führt, wodurch die Hebelelemente 17 mit dem Halteflansch 18 der Rumpfgruppe 2 in Verbindung gelangen und so die Rumpfgruppe 2 in gespannter Position an dem inneren Plattenabschnitt 11 fixiert wird. Mit anderen Worten wird durch die im Wesentlichen axiale beziehungsweise achsparallele Verschiebung der Hydraulikzylinder 8 eine kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen den Hebelelementen 17 und der Rumpfgruppe 2 erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9261110 B2 [0006, 0007]
