DE2101113A1

DE2101113A1 - Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht von Rotoren

Info

Publication number: DE2101113A1
Application number: DE19712101113
Authority: DE
Inventors: Günther 6100 Darmstadt. P Himmler
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1971-01-12
Publication date: 1972-07-20
Also published as: DE2101113B2; IT940786B; DE2101113C3; FR2122176A5

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorf str. 21-22 Tel. 29 84 62

C 4931

GEBR. HOFMANN K. G., Maschinenfabrik DARMSTADT, Pallaswiesenstraße 72

Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht von Rotoren

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht von Rotoren, insbesondere von an einer Schleifspindel befestigten Schleifscheiben, bei der zwei in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Koordinatenrichtungen verschiebbare Ausgleichsgewichte vorgesehen sind, die während der Rotation des Rotors verschiebbar sind.

Bei der Erzielung sauberer Schliffbilder hoher Oberflächengüte ist es er-

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forderlich, die verwendeten Schleifscheiben sowohl nach dem Aufsetzen auf die Schleifspindel als auch in gewissen Abnutzungsintervalien einer Feinstauswuchtung zu unterziehen. Eine solche Feinstauswichtun;; wird durchgeführt, während die Schleifscheibe auf der öchleilspindel verbleibt, um Unwuchtfehler zu vermeiden, du. beim Umspannen der Schi !he sonst entstehen können.

Die Auswuchtung der Schleifscheibe: a ιί der ,SYhJr iiKpindei tin j -Hehlt sich auch deshalb, weil bei einem Naii.vJiliff, bei dem nnh.-r Zuführung von Flüssigkeit geschliffen wird, die Wur.htvurhältniy^ im Btitrii-K-^ustiind durch die zugeführte Flüssigkeit beeinflußt weiden, Dei Wuchmistand der Schleifscheibe ist nämlich im He.trieb.s/.ustainl mulers al·, beim Stillstand oder gar als im demontierten Zustand. Aufgrund der Ft-iu-litigkeitsaufnahme der Scheibe wird nämlich die Maysenvei -teilung in der Schleifscheibe beeinflußt, so daß es nicht möglich ist, duich eine v>i innige Auswuchtung, d.h. durch eine Auswuchtung der Schleifscheibe im demontierten Zustand, den gewünschten Unwuchtausgleich im Betriebszustand zu erzielen.

Es wurde mehrfach versucht, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, mit denen Schleifscheiben direkt auf der Schleifspindel ausgewuchtet werden können. So ist beispielsweise ein "Drei-Kugel-Auswuchtverfahren" bekannt geworden, bei dem sich zu einem Massenausgleich vri■ wendete Kugeln in Laufrillen automatisch verschieben. Die Kugeln stellen sich jedoch nur dann in die gewünschte L·';¹:«⁵ ein, wenn nach ihrer Arretierung der Spindelstock zumindest in cbr einen Richtung quer zur Achse schwingfähig gemacht wird. Diese Notwendigkeit widerspri. hl aber der Forderung, daß beim anschließenden Schleifprozeß die Lagerung der Schleifspindel absolut starr sein soll. Die Vereinigung dieser beulen diametralen Forderungen macht einen sehr großen konstruktiven Aufwand notwendig. Wenn ferner die L_aufrillen der Kugeln nicht exakt zentrisch zur Drehachse ver-

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laufen, erfolgt die Answuchluni/ u, bezug aiii ein falsches Zentnmi. Im übrigen besitzt diese b<^jkann1e Maßnahme ihre Genauigkoitsgrenze d<<H, wo die Rollreibung dcJ Kugeln ins Spiel kommt. Eine Feinst au.·: uehU.n·; ist also mit dieser bekannten Maßnahme nicht gewährleistet.

Es ist ferner eine η ichtaut oma tische Ausgleichsvorrichtung- bekaimt geworden, die während des Laufes dt.j Schleifspindel eine von Hand einstellbare Massenverlageiunp --ulaiit, Die.se EinriehhUir besitzt zwei ah/r-n\rieche Massen, dir mitte!« sveier Uiuidrädev entweder gemeinsam im Winkel verdreht werden können, oder in bezug auf ihren gegenseitigen Winkelab-8tand verstellbar sind. Diebe Art der Erzeugung einer z^usgleiehsunwucht nach Größe und Richtung ist jedoch, abgesehen von dem großen konstruktiven Aufwand, unzweckmäßig, da das Vers!eilen der Unwuchtgröße durch Veränderung des SpieitzvvinkeLs zweier Miiwken einer nichtlinearen Funk-

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tion folgt}) dnß mit einer solchen lüiniiclitung nicht zielsicher und schnell ausgewuchtet weiden kann. Der größte Nachteil einer solchen bekannten Auswuchtvorrichtung liegt jedoch in dem außerordentlich komplizierten und aufwendigen Aufbau der für die Betätigung erforderlichen Einstellglieder. Dieyp bestehen aus drei kompletten Planetenrädergruppen, die durch ihre verwickelten Lagerungs- und Eingriffsverhältnisse der Lebensdauer der Einrichtung abträglich sind und zudem einer ständigen Wartung bedürfen. Schließlich ist bei dieser Einrichtung auch die momentenmäßigt Auslegung schwierig, weil innerhalb des Schleifkörpers oder seitlich am Schleifkörpei nur unzureichende Möglichkeiten zum Ein- oder Ausbau vorhanden sind.

Bei einer anderen bekannten Auswuchtvorrichtung wird ein einziger als Wuchtkegel ausgebildeter Ausgleichskörper getrennt nach Lage und Größe verschoben. Die hierfür erforderlichen Einstellorgane sind jedoch ebenfalls sehr kompliziert und stöianfällig. Nachteilig ist ferner, daß die erzielbaren Ausgleielir-kräfie relativ klein sind. Es ist deshalb nicht möglich,

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diese Einrichtung allein zur Beseitigung der Unwucht in der Schleifscheibe zu verwenden. Es müssen deshalb nach wie vor Gewichtssegmente üblicher Art in den Aufnahmenuten bei einem jeweils vorausgehenden gesonderten statischen Auswuchtvorgang mit demontierter Schleifscheibe verschoben werden. Erst für die Korrektur eineretwa noch verbleibenden kleinen Restunwucht ist somit diese Einrichtung verwendbar.

Eine nennenswerte Verbesserung ist erst durch den durch die deutsche Patentschrift 1 218 754 bekannten Wuchtkopf gelungen, bei dem zwei in zwei Koordinatenrichtungen verschiebliche Ausgleichsgewichte vorgesehen sind, die während des Umlaufes des Rotationskörpers, insbesondere der Schleifscheibe, verstellbar sind. Die Ausgleichsgewichte sind mit in etwa radial im Wuchtkopf verlaufenden Zahnstangen verbunden, die über axial im Wuchtkopf verlaufende Zahnstangen mittels nicht umlaufender Einstellknöpfe von außen verstellbar sind. Der Wuchtkopf kann hierbei direkt an die Schleifscheibe oder die Schleifspindel angeflanscht werden.

Der letztgenannte Wuchtkopf weist insbesondere den Vorteil auf, daß komplizierte kinematische Bauteile vermieden werden und daß insbesondere keine Zahnräder in Anwendung kommen, die mit der Umdrehungszahl miteinander kämmen, was eine Erhöhung der Lebensdauer und eine Herabsetzung der Wartungsanforderungen bedeutet. Gleichwohl ist jedoch ein gewisser Verschleiß der mechanisch arbeitenden Verstellorgane unvermeidbar. Als gewisser Nachteil ist ferner die Tatsache anzusehen, daß aufgrund der Anflanschung des Schleifkopfes an der Spindel der Schleifmaschine oder an der Schleifmaschine ein zusätzlicher Raum benötigt wird, der sodann beim Schleifvorgang, insbesondere beim Kegelschleifen, fehlt. Außerdem ist es möglich, daß die zum Verschieben der Ausgleichsgewichte erforderlichen Handkräfte relativ groß werden können, so daß ein genaues Dosieren schwierig ist.

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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, den letztgenannten Wuchtkopf zu verbessern und dessen zuvor erwähnte Nachteile zu vermeiden, wobei insbesondere eine einfache Konstruktion mit möglichst wenig beweglichen Teilen und kleinem Raumbedarl unter geringstmöglicher Einengung des Arbeitsbereiches angestrebt wild. Außerdem soll der Auswucht- und Kompensationsbereich so groß sein, daß in jedem Fall ein Vorwuchten nicht erforderlich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgleichsgewichte aus Kolben bestehen, die in zylindrischen Ausnehmungen abgedichtet und axial vtüächiebbar jeweils angeordnet sind, daß die zylindrischen Ausnehmungtui mit einer Druckmittelquelle über einen' m

Drehanschluß verbunden sind und daß ein durch eine Meßanordnung gesteuerter Regelkreis vorgesehen ist, durch den die Druckmittelzufuhr zu den zylindrischen Ausnehmungen derart gesteuert, wird, daß unter entsprechender Verschiebung der Kolben die Unwucht während der Rotation allmählich ausgeglichen wird.

Wie ohne weiteres ersichtlich, wird die erfindungsgemäße Vorrichtung den vorgenannten Forderungen gerecht, denn der Verschleiß ist denkbar gering, die Auswuchtgenauigkeit ist sehr hoch, der Kompensationsbereich ist sehr groß und der konstruktive Aufbau ist denkbar einfach.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind aus der nachstehenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles ersichtlich. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schleifspindel mit eingebautem

Wuchtkopf;

Fig. 2 einen Querschritt in vergrößerter Darstellung allein durch

den Wuchtkopf;

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Fig. 3 eine schematische Darstellung des Regelkreises zur Steuerung des Wuchtkopfes,

Wie Fig. 1 zu entnehmen, ist der dargestellte Wuchtkopf, der mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, mit zwei Ausgleichsgewichten versehen, die als Kolben 2 und 3 ausgebildet sind. Die Kolben 2 und 3 sind axial verschiebbar in zwei zylindrischen Ausnehmungen angeordnet und gegenüber diesen abgedichtet, welche mit ihren Längsachsen einen Winkel von 90 bilden. Durch die beiden Kolben 2 und 3 werden die zylindrischen Ausnehmungen jeweils in zwei Kammern unterteilt. Die mit dem Kolben 2 zusammenarbeitenden Kammern sind mit den Bezugszeichen 4 und 5 bezeichnet.

Aufgrund einer nachstehend noch näher beschriebenen Dmekmittelquelle gelangt ein Druckmittel über Zuleitungen 11 und einen mit insgesamt vier Eingängen versehenen Drehanschluß zu vier längs verlaufenden Kanälen, die im Inneren einer Schleifspindel 7 angeordnet sind, welche an ihrem vorderen Ende eine Schleifscheibe 9 trägt und in einem Spindelstock 8 gelagert ist. Wie Fig. 1 zu entnehmen, liegt der Wuchtkopf 1 mit den beiden Kolben 2 und 3 genau in der Ebene der Schleifscheibe 9, was für eine möglichst genaue Auswuchtung sehr vorteilhaft ist.

Wie dem rechten Teil von Fig. 1 zu entnehmen, ist der Drehanschluß mit seinem äußeren Teil feststehend angeordnet, während der innere Teil zusammen mit der Schleifspindel rotiert. Zur Übertragung des Druckmittels sind deshalb in den äußeren feststehenden Teil Ringnuten eingedreht, die mit den Einlaßöffnungen der vier im Inneren der Schleifspindel 7 angeordneten Kanäle ständig in Verbindung stehen. Aus den Kanälen 6 gelangt das Druckmittel über vier in Fig. 3 im einzelnen dargestellte Rückschlagventile 15, 16, 17 und 18 in die Arbeitsräume 4 und 5. Bezüglich der Arbeitsräume des Kolbens 3 gilt entsprechendes, wie sich dies aus dem rechten Teil der Fig. 3 ergibt.

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Wenn in den Arbeite räumen 4 und 5 ein unterschiedlicher Arbeitsdruck herrscht, so hat dies eine entsprechende Verschiebung des Kolbens 2 in seiner zylindrischen Ausnehmung zur Folge. Wird der Unterschied der Arbeitsdrücke, d.h. die Druckdifferenz, unter Berücksichtigung der während der Rotation der Schleifscheibe 9 gemessenen Unwucht gesteuert, so kann die Unwucht ausgeglichen werden.

Die Zufuhr des Druckmittels, welches bevorzugt eine Hydraulikflüssigkeit ist, erfolgt über ein Pumpenaggregat 12, welches mit seinen Bestandteilen im einzelnen in Fig. 3 dargestellt ist. Um eine möglichst genaue Dosierung der den Kolben 2 und 3 zugeführten Menge an Hydraulikflüssigkeit zu ermöglichen, ist hinter dem Pumpenaggregat 12 ein Mengenregle r/angeordnet, der eine gewisse Vorwahl der Flüssigkeitsmenge gestattet.

Während des Schleifvorganges muß gewährleistet sein, daß sich die beiden Kolben 2 und 3 nicht verschieben, da sonst Unwuchten entstehen würden. Die Rückschlagventile 15 bis 18 des Kolbens 2 sowie die entsprechenden Rückschlagventile des Kolbens 3 sind deshalb während des Schleifvorganges geschlossen. Ferner sind auch zwei weitere Ventile 14 und 23 geschlossen sowie zwei weitere entsprechende Ventile 13 und 24. Das Ventil 14 ist mit zwei Behältern 20 versehen, in welche das Öl zurückfließt, wenn das Ventil 14 geschlossen ist. Entsprechendes gilt hinsichtlich des Ventiles 13. Beide Ventile 14 und 13 sind bezüglich ihrer Einzelheiten genau in Fig. 3, allerdings nur schematisch, dargestellt.

Zu Beginn des Ausgleichsvorganges, wenn der Kolben 2 nach rechts verschoben werden soll, schließt das als Sitzventil ausgebildete Ventil 24 der um 90° versetzten Ausgleichsanordnung und erst dann fährt das Ventil 14 in die rechte Position, so daß die Hydraulikflüssigkeit über den in Fig. 3 links dargestellten Drehanschluß 10 und das Rückschlagventil 15 in den linken Arbeitsraum 4 einströmen kann. Das Rückschlagventil 16

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ist hierbei aufgrund der Federeinwirkung geschlossen. Da nun der Druck in dem linken Arbeitsraum größer ist als in dem rechten Arbeitsraum 5, wird der Kolben 2 nach rechts verschoben, wobei der Druck im Arbeitsraum 5 auf einen solchen Wert ansteigt, daß die Federkraft der dem Rückschlagventil 18 zugeordneten Ventilfeder überwunden wird. Die verdrängte Hydraulikflüssigkeit fließt somit über den Drehanschluß 10 und das Ventil 14 wieder in den zugeordneten der beiden Behälter 20 zurück. Das Rückschlagventil 17 bleibt hierbei naturgemäß geschlossen.

α Nach diesem Ausgleich fährt das Ventil 14 wieder in seine Ausgangsposition zurück und das als Sitzventil ausgebildete Ventil 24 öffnet wieder. Der maximale Druck, der in den Arbeitsräumen 4 und 5 benötigt wird, um den Kolben 2, der tin bestimmtes Gewicht aufweist, zu verschieben, wird durch die maximale Fliehkraft und die wirksame Fläche des Kolbens 2 bestimmt,, Der Öffnungsdruck des Rückschlagventiles 15 liegt geringfügig unterhalb des Betriebsdruckes, damit der Hydraulikflüssigkeit, die mit hohem über atmosphärischem Druck in den Arbeitsraum 4 einströmt, ein Gegendruck entgegenwirkt. Hierdurch kann ein ruckweises Verschieben des Kolbens 2 vermieden werden. Wäre der genannte Gegendruck nicht vorhanden, so würde zwischen der nit dem Arbeitsdruck beaufschlagten

α Kolbenseite in dem Arbeitsraum 4 und der anderen Kolbenseite im Arbeitsraum 5 ein solcher Druck unterschied entstehen, daß ein genaues feinfühliges Verschieben des Ausgleichskolbens 2 nicht möglich wäre.

Wenn der Kolben 2 nicht, wie vorstehend beschrieben nach rechts, sondern nach links verschoben werden soll, so gelten die vorstehenden Darlegungen entsprechend und die Hydraulikflüssigkeit strömt über das Ventil 14 und das Rückschlagventil 17 in den Arbeitsraum 5 ein, wobei die aus dem Arbeitsraum 4 verdrängte Hydraulikflüssigkeit über das Rückschlagventil 16, den zugeordneten Drehanschluß 10 und das Ventil 14 in den zugeordneten Behälter 20 desselben einströmt.

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Die Regelung der Ventile 14, 23, 13 und 24 übernimmt ein Regelkreis, der den IST- (vorhandene Unwucht) und den SOLL-Wert (Unwucht gleich Null) miteinander vergleicht und die Ventile so steuert, daß die Unwucht allmählich vollständig ausgeglichen wird. Es bedarf hierbei lediglich einer Größeninformation, ohne daß ein Phasenbezug erforderlich ist. Für Jeden Kompensations- und Ausgleichs Vorgang müssen folgende Programmschritte durchlaufen werden.

Der Kolben 2 wird mit konstanter Geschwindigkeit nach rechts bewegt. Ein elektronischer Fühler der Unwuchtmessanordnung, die den hydrauli- m

sehen Regelkreis,der in Fig. 3 dargestellt ist, steuert, ermittelt hierbei, ob die Unwucht durch die Kolbenverschiebung ansteigt oder sich verringert. Im Falle einer Verringerung bleibt die Vorschubrichtung und die Vorschubgeschwindigkeit gleich, d. h. Vorschubrichtung und Vorschubgeschwindigkeit bleiben eingeschaltet, und zwar solange, bis die Unwucht - zumindest in der betreffenden Koordinatenrichtung - völlig ausgeglichen und auf Null reduziert ist. In diesem Fall schaltet die automatische Programmsteuerung auf den anderen Kolben 3 um, der nun ebenfalls mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach rechts bewegt wird. Auch hierbei fühlt die Unwuchtmeßanordnung ab, ob die Unwucht ansteigt oder sich verringert. Für den Fall, daß die Unwucht größer wird, schaltet die Unwuchtmeßanordnung sofort W

den Vorschub ab und schaltet auf die umgekehrte Vorschubrichtung um, wobei gleichzeitig festgestellt wird, ob nunmehr das erwünschte Reduzieren der Unwucht eintritt.

Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise kann somit ein schneller Ausgleich der Unwucht auf Null erzielt werden. Der Ausgleichs Vorgang läuft hierbei sehr einfach und vollautomatisch ab.

Wie ohne weiteres ersichtlich, kann die erfindungsgemäße Ausgleichsyor-

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richtung bei beliebigen Rotoren in Anwendung kommen, bei denen ein Un-

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wuchtausgleich während der Rotation und im montierten Zustand gewünscht ist.

Anstelle der Hydraulikflüssigkeit kann auch ein Druckgas als Druckmittel zur Steuerung und Verschiebung der Ausgleichskolben benutzt werden.

Aufgrund der Tatsache, daß die Rückschlagventile 15 bis 18 des Kolbens 2 und die entsprechenden Rückschlagventile des Kolbens 3 direkt im Wuchtkopf 1 angeordnet sind, ergibt sich der große Vorteil, daß jegliche Verschiebungen der Ausgleichskolben 2 und 3 während der Rotation vermieden werden. Diese Gefahr würde nämlich dann bestehen, wenn z.B. die Rückschlagventile erst hinter den Drehanschlüssen 10 angeordnet wären, da die Abdichtung im Bereich der sich drehenden Teile Schwierigkeiten bereitet.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht von Rotoren, insbesondere von an einer Schleifspindel befestigten Schleifscheiben, bei der zwei in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Koordinatenrichtungen verschiebbare Ausgleichsgewichte vorgesehen sind, die während der Rotation des Rotors verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsgewichte aus Kolben (2, 3) bestehen, die in zylindrischen Ausnehmungen abgedichtet und axial verschiebbar jeweils angeordnet sind, daß die zylindrischen Ausnehmungen mit einer Druckmittelquelle (12) über einen Drehanschluß (10) verbunden sind und daß ein durch eine Meßanordnung gesteuerter Regelkreis vorgesehen ist, durch den die Druckmittelzufuhr zu den zylindrischen Ausnehmungen derart gesteuert wird, daß unter entsprechender Verschiebung der Kolben (2, 3). die Unwucht während der Rotation allmählich ausgeglichen wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (2, 3) zusammen mit ihren zylindrischen Ausnehmungen in einem Wuchtkopf (1) angeordnet sind, der konzentrisch zum auszuwuchtenden Rotor (9) angeordnet ist und daß die beiden Kolben (2, 3) symmetrisch zur Mittenebene des Rotors (9) liegen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wuchtkopf (1) in eine Schleifspindel einer Schleifmaschine in der Ebene der Schleifscheibe (9) fest eingebaut ist und insgesamt acht federbelastete Rückschlagventile aufweist, von denen jeweils vier dem einen der beiden •Kolben (2 bzw. 3) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei in entgegengesetzter Richtung öffnende Rückschlagventile einer jeden Kolbenseite zugeordnet sind und daß die zwei Rückschlagventile mit einer

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Druckmittelleitung in Verbindung stehen, die über einen Drehanschluß (10) mit der Druckmittelquelle (12) über zwei Ventile (14, 23) verbunden ist.

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