DE2328051A1

DE2328051A1 - Vorrichtung fuer den vergleich der dynamischen unwucht eines werkstuecks mit einer dynamischen bezugsunwucht

Info

Publication number: DE2328051A1
Application number: DE2328051A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. R Antrag
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-06-01
Publication date: 1974-01-03
Also published as: IT988727B; US3889541A; FR2188824A5

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. E. LIEBAU DIPL.ING. G. LIEBAU

»00 Mugtburg-Goqsjingen, den von-Eichandorff-StraB« 10

UnserZeichen ^{R 9131/}P (Bei Rückantwort bitte angeben)

Ihr Zeichen

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10, Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILES PEUGEOT

75, Avenue de la Grande Armee

Paris / Frankreich

Vorrichtung für den Vergleich der dynamischen Unwucht eines Werkstücks mit einer dynamischen Bezugsunwucht

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für den Vergleich der dynamischen Unwucht eines Werkstücks, das eine geometrische Drehachse besitzt, um die es rotieren kann, mit einer dynamischen Bezugsunwucht. Die Vorrichtung weist in an sich bekannter Weise ein feststehendes Funda-. ment auf, auf dem Fundament angebrachte, flexible verti-

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kale Ständer, einen auf den flexiblen S'tändern ruhenden Rahmen, der ausserdem Elemente aufweist, die eine geometrische Drehachse definieren und in der Lage sind, die geometrische Achse des eingesetzten umlaufenden Werkstücks mit der geometrischen Achse des Rahmens zusammenfallen zu lassen, eine Einrichtung, die das Werkstück in Drehung versetzt, sowie Meßfühler, die die waagerechten Bewegungsmerkmale des Rahmens während der Drehung des Werkstücks ermitteln.

Es ist eine Einrichtung dieser Art bekannt, die einen Drehantrieb in Form einer koaxial zu der Drehachse des Werkstücks auf dem Rahmen angebrachten Wiege besitzt, die an ihren beiden Enden Gewichte aufweist, deren Unwucht die Bezugsunwucht darstellt. Bei dieser Einrichtung können unter dem Werkstück keine Überführun-gsstäbe angesetzt werden, mit denen es leicht und schnell um seine Unwucht zu bestimmten, in die Einrichtung eingesetzt und anschliessend nach der Prüfung weggenommen werden kann.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung sind diese Nachteile vermieden. Die Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rahmen eine parallel zu der geometrischen Drehachse des Werkstücks verlaufende Welle angeordnet ist, wobei Werkstück und Welle gleichzeitig mit der gleichen WinkeIge schwindigkeit im gleichen oder entgegengesetzten Sinn in Drehung versetzt werden. Die Übertragung der beiden die Restunwucht simulierenden Gewichte, der Kompensationsgewichte für die Unwucht der Organe, des Richtnockens beim Stillstand, der Phasenbezugsgeräte auf diese Welle entlastet die Werkstückstation und erleichtert die Bedienung.

Die Vorrichtung dient dazu, die dynamische Unwucht jedes

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Werkstücks aus einer Serie von (im Rahmen der Fertigungstoleranzen_) übereinstimmenden Werkstücken mit der dynamischen Unwucht der Welle mit ihren Gewichten derart zu vergleichen, daß man die Abweichung der Unwucht jedes Werkstücks gegenüber der Restbezugsunwucht ermittelt.

Die dynamische Unwucht eines eine Drehachse aufweisenden Werkstücks, um die es rotiert, kann immer auf zwei Unwuchten in zwei getrennten, zu dieser- Achse senkrechten Ebenen zurückgeführt werden.. Das Werkstück besitzt eine Markierung, auf die seine Unwucht bezogen wird. Das eingesetzte Werkstück wird gegenüber der Welle aufgrund der Markierungen an der Welle und dem VJerkstück richtig orientiert. Wenn man zwei vertikale, senkrecht zu"der Welle und der geometrischen Achse verlaufende Ebenen betrachtet und die beiden Gewichte entsprechend herrichtet, können die Gewichte so definiert und orientiert werden, daß ihr Unwuchtvektor und der Restunwuchtvektor des Normalwerkstücks den gleichen Modul aufweisen und (gleichzeitig) einander gegenüberstehen, wenn sie parallel zur Schwingungsebene des beweglichen Rahmens gerichtet sind, was bei jeder Umdrehung zweimal eintritt. Ersetzt man das Normwerkstück durch ein zu untersuchendes Werkstück, wird nur die Differenz zwischen den Projektionen der Unwuchten auf die Schwingungsebene des Rahmens von den Bewegungsmeßfühlern aufgenommen.

Wie bei der erwähnten bekannten Einrichtung kommt als rotierendes Werkstück insbesondere eine von ihren Pleueln befreite Kurbelwelle in Betracht und die Gewichte, die eine Unwucht haben, die gleich derjenigen der Pleuel ist, stellen somit Gewichte zum Simulieren der Pleuelunwucht dar..Die Vorrichtung erlaubt daher die Kurbelwellenunwucht mit derjenigen der Simulationsgewichte, d.h. aber auch der Pleuel, zu vergleichen. Die beiden Unwuchten können

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derart ausgeglichen werden, daß die aus Kurbelwelle und Pleueln bestehende Gesamtheit keine Unwucht aufweist. Je nach dem Ergebnis des Vergleichs wird Material an den geeigneten Stellen der Kurbelwelle weggenommen, die derart 'behandelte Kurbelwelle wird wiederum untersucht, und eine neue Bearbeitung der Kurbelwelle findet statt, wenn die Differenz zwischen ihrer Unwucht und derjenigen der Simulationsgewichte einen vorher festgesetzten Toleranzwert überschreitet.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Bei den Ausführungsbeispielen ist eine Kurbelwelle als rotierendes Werkstück vorgesehen. Die Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen VBrtikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, nach welchem die die Gewichte tragende Welle und eine um die geometrische Achse des Rahmens umlaufende Kurbelwelle mit gleicher Drehrichtung umlaufen;

Fig. 2 eine Ansicht aus Richtung H-II von der linken Seite der Fig. 1 auf die dort gezeichnete Vorrichtung;

Fig. 3 eine Vektordärstellung der dynamischen Unwuchten in der vertikalen Transversalebene A nach Fig. 1;

Fig. H einen Vertikalschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel, nach welchem die Welle, die die Gewichte trägt und die um die geometrische Achse des Rahmens sich drehende Kurbelwelle in entgegengesetztem Sinne umlaufen;

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Fig. 5 eine Ansicht aus Richtung V-V von der linken Seite der Fig. 4 auf die dort gezeichnete Vorrichtung?

Fig. 6 eine Vektordarstellung der dynamischen Unwuchten in der vertikalen Transversalebene A nach Fig. 4.

Nach den Fig. i und 2 trägt ein Fundament 35 vier flexible, vertikale Ständer 5, die ihrerseits einen starren Rahmen tragen, der aus zwei Flanschen 1 und 2 besteht, die durch zwei zueinander parallele Horizontalrohre 3 und 4 miteinander verbunden sind.

Eine untere Horizontalwelle 14 wird von den beiden Flanschen 1 und 2 in zwei Lagern 30 und zwei Lagern 31 getragen und trägt ihrerseits, in Fig. 1 von links nach rechts angeordnest, die folgenden, drehfest mit ihr durch in ihrer Winkellage genau einstellbare Elemente verbundenen Teile: ein erstes Unwuchtgewicht 15, ein Ausgleichsgewicht 16, ein Zahnrad 17, ein zweites Unwuchtgewicht 18, eine Markierungsplatte 19. Die geometrische Achse der Welle 14 ist mit 7 bezeichnet. Die beiden Gewichte 15 und 18 simulieren die Unwucht der (nicht gezeichneten) Pleuel, die die Kurbelwelle, die weiter unten behandelt wird, trägt, wenn sie in einen Motor eingebaut wird.

Der Flansch 1 trägt eine Lagerung, die aus einem Halblager 9 besteht, der Flansch 2 eine Lagerung, die aus einem Halblager 11 besteht, sowie einen waagerechten zylindrischen Stab 10. Die horizontalen geometrischen Achsen der beiden Halblager 9 und 11 und des Stabes 10 fluchten genau miteinander und verlaufen parallel zu der unteren geometrischen Achse 7. Eine Kurbelwelle 3 6 wird von den beiden

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Halblagern 9 und 11 aufgenommen und wird von einem Zahnrad 13 in Drehung versetzt₃ das an einer Lagerung 3 7 angebracht ist. Dieses Zahnrad besitzt einen Finger 13', der zwei Mitnehmer aufweist, von denen der Mitnehmer 12 sich an einem Kurbelzapfen abstützt, der andere auf einem Gegengewicht der Kurbelwelle. Diese ist somit drehfest mit dem Zahnrad 13 verbunden, das die gleiche Zähnezahl hat wie das Zahnrad 17.

Eine Zwischenwelle 8 trägt ein Zwischenritzel 20, das mit den Zahnrädern 13 und 17 kämmt, so daß die Welle I¹+ und der Mitnehmer 12 in gleicher Richtung und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufen.

Ein an dem Rahmen fest angebrachter Positionsmeßfühler 21 erlaubt die Orientierung der Kurbelwelle beim Stillstand. Meßwertaufnehmer- 2 2 und 23 für die Rahmenschwingung sind durch Verbindungselemente, die schematisch durch 38 und 39 angedeutet sind, starr mit dem Fundament 35 verbunden. Ein Antriebsmotor 24 überträgt seine Bewegung über eine Gruppe (nicht gezeichneter) homokinetischer Gelenke auf die Welle 14. Ein Überführungsorgan 25 befindet sich zwischen der Welle IU und der Kurbelwelle und wird senkrecht zu ihnen verlagert. Es gestattet es, die zu untersuchenden Kurbelwellen einfach und schnell nacheinander heranzubringen und wegzuführen.

Die beiden vertikalen TransversalebenenA bzw. Al verlaufen durch die Schwerpunkte der beiden Gewichte 18 bzw. 15 und bilden die oben erwähnten Ebenen, in die die Unwuchten zurückgeführt werden. Fig. 3 liegt in der Ebene A. Der Vektor b stellt die eigene Unwucht der Normkurbelwelle 36, ohne Pleuel, dar, und der Vektor a stellt die Unwucht des

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die Pleuel simulierenden Gewichts 18 dar. In Fig. 3 wird angenommen, daß die Vaktoren a und b in einem gegebenen Augenblick gleich groß sind und gegenphasig stehen. Sie behalten diese Phasenlage während der Drehung der Welle und der Kurbelwelle 3 6 ständig bei, wobei die Horizontalkomponenten der beiden Vektoren in den Horizontalachsen O^x^ und O2X0 und ebenso ihre Vertikalkomponenten in der gemeinsamen Vertikalachse 02CLy einander aufheben, und nur ein Moment übrigbleibt, weil die Unwuchten a und b nicht um die gleiche Achse umlaufen, was zur Folge hat, daß die Ständer 5 abwechselnd auf Zug und auf Druck beansprucht werden. Nimmt man an, daß in der Ebene Al die gleichen Verhältnisse herrschen, steht die von der Welle IM-mit ihren Unwuchten 18 uid 15 und der Kurbelwelle 3 6 gebildete Teilgruppe im Gleichgewicht und die Meßfühler und 23 registrieren keine Horizontalverlagerung des Rahmens.

Wenn man im praktischen Betrieb nacheinander die verschiedenen, aus der Serienfertigung kommenden Kurbelwellen untersucht, entfernen sich die Unwuchten mehr oder weniger weit von derjenigen der Welle 14 mit ihren beiden Gewichten, und die Meßfühler 22 und 23 ermitteln daher Verschiebungen des Rahmens, die sich von einer Kurbelwelle zur anderen unterscheiden. Aus diesen Verlagerungen leitet man in an sich bekannter Weise die an der Kurbelwelle vorzunehmende Bearbeitung ab, wozu man an zwei passend gewählten Stellen der Kurbelwelle Material wegnimmt oder aufträgt, um sie gegenüber der Welle IM- und den darauf befindlichen Gewichten, d.h. gegenüber ihren Pleueln, auszugleichen.

An den Vorrichtungen, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, lassen sich verschiedene Abänderungen vornehmen, von denen die folgenden hier erwähnt seien:

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Jedes Halblager 9 und 11 wird■durch eine Gruppe von Rollen ersetzt. Mindestens eine dieser Gruppen von Rollen wird dann unmittelbar in Drehung versetzt und über die Kurbelwelle 36 und den Mitnehmer 12 werden das Ritzel 20 und die Welle 14 angetrieben.

Der Antrieb der Welle I¹+ erfolgt von dem Ende 7a der Kurbelwelle 3 6 aus, das dem Mitnehmer 12 abgewandt ist, und über den Mitnehmer 12 und die Zahnräder 13, 20 und 17.

Die Lagerungen 9 und 11 werden durch eine Spitze und eine Gegenspitze, wie bei einer Drehbank, ersetzt.

Die einzelne Zwischenwelle 8, die ein Ritzel 20 trägt, wird durch eine ungerade Zahl von Wellen ersetzt, die jeweils ein Zahnrad tragen,.das mit zwei anderen kämmt, wobei die Gruppe dieser Zahnräder, die jeweils einen geeigneten Durchmesser haben, eine Bewegungsübersetzung darstellt.

Die Zahnräder können durch eine Kettenübersetzung oder eine schlupffrei arbeitende Riemenübersetzung ersetzt werden«

In den Fig. 4 und 5 tragen die mit den Bauteilen in den Fig. 1 μηα 2 vergleichbaren Teile die gleichen Bezugszahlen. Die Vorrichtung nach den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß die Zwischenwelle 8 mit ihrem Ritzel 20 weggelassen sind.und daß das Zahnrad 17 der Welle 14 unmittelbar mit dem mit dem Mitnehmer 12 starr verbundenen Zahnrad 13 derart kämmt, daß die Welle 14 und die Kurbelwelle in einander entgegengesetzter Richtung umlaufen. Die Gewichte 15 und 18 sind senkrecht zu den beiden Lagern 30 und

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angeordnet, wodurch eine Verbiegung der Welle 14· vermieden wird.

In Fig. 6 ist angenommen, daß die beiden Vektoren a und b, die die gleiche Bedeutung-haben wie in Fig. 3, den gleichen Modul besitzen und mit den Horizonialachsen O₂X₂ und 0.x. die mit <*> t und -tut + IT bezeichneten Winkel einschliessen. Die beiden Vektoren, die jeweils eine der beiden Unwuchten repräsentieren, stehen also gegenghasig, wenn sie gleichzeitig, zweimal bei jeder Umdrehung, durch die Horizontalebene laufen und die Horizontalkomponenten der beiden Unwuchten heben einander ständig auf. Die Vertikalkomponenten auf der Achse O₂O₁y addieren sich, aber ihre einzige Wirkung ist, daß sie sich zu dem oben definierten, sich schon aus Fig. 3 ergebenden Moment addieren, das die Ständer 5 abwechselnd auf Zug und auf Druck beansprucht.

Man erkennt, daß die meisten, oben angegebenen Modifikationen, die man an der in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Vorrichtung anbringen kann, auch an der in den Fig. 4 und beschriebenen Vorrichtung anzubringen sind. Ausser diesen Modifikationen können noch die folgenden Abänderungen vorgenommen werden:

Bei den Lagerungen 30 und 31 handelt es sich um Pendelkugellager, deren Bohrungen nur schlecht ausgerichtet werden können.

Wenn in dem letztgenannten Fall der Abstand zwischen den Lagern 9 und 11 gleich dem zwischen den Lagern 30 und 31 gemacht werden muß, wird die Verbindung zwischen den Flanschen 1 und 2 weggelassen, und der aus einem Stück bestehende schwingende Rahmen durch ein einzelnes Element aus zwei

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getrennt schwingenden Teilen ersetzt.

Auf die Welle 14 wird ein drittes Lager gesetzt und senkrecht zu dieser dritten Lagerung wird ein drittes Gewicht angebracht.

Patentansprüche:

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Claims

Paten tan s ρ r ü c h

/1.jVorrichtung für den Vergleich der dynamischen Unwucht eines Werkstücks, das eine geometrische Drehachse besitzt, um die es rotieren kann, mit einer dynamischen Unwucht, welche Vorrichtung in an sich bekannter Weise ein feststehendes Fundament aufweist, auf dem Fundament angebrachte, flexible vertikale Ständer,' einen auf den flexiblen Ständern ruhenden Rahmen, der ausserdem Elemente aufweist, die eine geometrische Drehachse definieren und in der Lage sind, die geometrische Achse des eingesetzten umlaufenden-Werkstücks mit der geometrischen Achse des Rahmens zusammenfallen zu lassen, eine Einrichtung, die das Werkstück in Drehung versetzt, sowie Meßfühler, die die waagerechten Bewegungsmerkmale des Rahmens während der Drehung des Werkstücks ermitteln,

dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zu der erwähnten geometrischen Achse verlaufende Welle (IM-) drehbar auf dem Rahmen angeordnet ist und im Abstand voneinander zwei Unwuchtgewichte (15, 18) trägt und eine Markierung für die Orientierung der Unwuchten aufweist, sowie ein um die genannte geometrische Achse drehbares Organ, das drehfest mit dem eingesetzten rotierenden Werkstück (36) verbindbar ist, und eine Einrichtung, die die Welle (14) und das Organ mit gleicher Winkelgeschwindigkeit in Drehung versetzt.

2«, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Einrichtung, die die Welle (14) und das Organ in Drehung versdzt, sie In gleicher Richtung umlaufen läßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Welle (14) und das Organ in Drehung versetzt, sie in entgegengesetzten Richtungen umlaufen läßt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenelemente (1, 2), die eine geometrische Drehachse definieren, in horizontaler Richtung ausreichend weit voneinander entfernt sind und in einem von dem Niveau der Welle entfernten Niveau derart angeordnet sind, daß durch eine senkrecht zu der Welle verlaufende Bewegung ein Überführungsorgan (25) eingeführt werden kann, das das Werkstück (36) von unten ergreifen und es horizontal verlasern kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichte (15, 18) senkrecht zu den Lagerungen (30,31) der Welle (14) angeordnet sind.

6. Vorrichtung zum dynamischen Auswuchten umlaufender Werkstücke zum Bewahren einer gegebenen Restunwucht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für den Antrieb zwischen dem auszuwuchtenden Werkstück (36) und der die Gewichte (15,18) tragenden Welle (14) aus einer Zahnradübersetzung besteht, wobei ein erstes

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Zahnrad (13), dessen Achse mit derjenigen des auszuwuchtenden Werkstücks (36) zusammenfällt, durch das Werkstück über einen Mitnehmer (12, 12') in Drehung versetzt wird, der in fester Winkelbeziehung zu dem Werkstück (36) und zu dem Zahnrad (13) steht, das seinerseits ein starr mit der die Gewichte tragenden Welle (I¹O verbundenes Zahnrad über mindestens ein Zahnrad derart antreibt, daß die für die die Gewichte (15, 18) tragende Welle (14) erforderliche Drehrichtung ge-¹ währleistet ist.

Vorrichtung zum dynamischen Auswuchten für umlaufende Werkstücke zum Bewahren einer gegebenen Restunwucht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für den Drehantrieb des Werkstücks (36) parallel zueinander den Werkstückmitne"hmer (12, 12') und die die Gewichte (15, 18) tragende Welle (IH) antreibt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (It) an dem Rahmen mit Hilfe von zwei Pendelkugellagern drehbar' gelagert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb das Werkstück (36) unmittelbar antreibt, das seinerseits die die Gewichte (15, 18) tragende Welle (If) über einen Mitnehmer und eine Übersetzung antreibt.

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