DE2833436A1

DE2833436A1 - Vorrichtung zum auswuchten und ueberwachen

Info

Publication number: DE2833436A1
Application number: DE19782833436
Authority: DE
Inventors: Hans Ulrich Dr Sc Baumgartner; Willi Maag; Max Dipl Ing Vollenweider; Hans Joachim Wolf
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1977-09-29
Filing date: 1978-07-29
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB2006478B; CH622346A5; GB2006478A; DE2833436C2; US4292769A

Description

Vorrichtung zum Auswuchten und Überwachen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten und Überwachen rotierender Körper, insbesondere zum Auswuchten und Überwachen von Schleifscheiben während des Betriebes. Für viele Bearbeitungsmaschinen mit rotierendem Werkzeug, vornehmlich aber bei Schleifmaschinen, ist eine genaue Auswuchtung des rotierenden Systems von großer Bedeutung. Bei Schleifmaschinen wird sich eine unausgewuchtete Schleifscheibe unrund bewegen, und dies zeichnet sich auf der geschliffenen Oberfläche des Werkstücks ab. Für feinste und gleichmäßigste Schliffe ist deshalb ein genaues Auswuchten der Schleifscheibe unerläßlich. Da die Schleifscheiben durch die Abnutzung unwuchtig werden,ist eine ständige Überwachung der Vibrationen vorteilhaft. Sobald letztere ein gewisses toleriertes Maß überschreiten, ist ein erneutes Auswuchten notwendig. Zur Beseitigung der Unwucht sind in diesem Zusammenhang bereits Schleifmaschinen bekannt geworden, die eingebaute Mittel zum Feststellen der Unwucht nach Größe und

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Winkellage aufweisen; bei stillstehender Maschine Kann dann auf bekannte Art mit Hilfe von verstellbaren Gegengewichten die Unwucht kompensiert werden. Dieser Korrekturvorgang muss oft mehrere Male wiederholt werden, was sehr unliebsame Betriebsunterbrüche zur Folge hat. Die stationäre Auswuchtung erweist sich oft für den Betrieb als zu ungenau, da oft auch noch dynamische Kräfte und Verlagerung mitspielen, die nur während dem Betrieb auftreten.

Weiter sind sogar Schleifmaschinen bekannt geworden, die mit allerdings verhältnismässig grossem Aufwand während des Laufes der Maschine ein Auswuchten ermöglichen. Zu diesem Zweck können Gewichte innerhalb des Schleifscheibenflansches verstellt werden, bis die Unwucht ausgeglichen ist. Es sind komplizierte Anordnungen zur selbsttätigen Auswuchtung bekannt, bei denen solche Gewichte automatisch je nach vorhandener Unwucht verstellt werden.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber mit verhältnisnässig einfachen Mitteln ein Ueberwachen und Auswuchten bei in Betrieb stehender Schleifscheibe bzw. am rotierenden Körper durchzuführen, und zwar durch Einfaches und festigkeitsmässig günstiges Abtragen von Material. Dabei kann die Vorrichtung aus einem fest auf der Maschine montierten Ueberwachungsteil und einem tragbaren Auswuchtteil bestehen, oder es können beide Teile fest oder tragbar ausgebildet sein.

die Die Erfindung beschränkt sich aber nicht nur auf Anwendung bei Schleifmaschinen; ebenso geeignet ist sie für alle Arten von Auswuchtmaschinen. Bei solchen Maschinen wurde bisher der auszuwuchtende Rotor auf eive speziell gelagerte Welle montiert und in Rotation gebracht. Dabei wird die Unwucht mit bekannten Mitteln

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in bezug auf Lage und Grosse festgestellt. Durch Ausspannen des Rotors und Wegbohren wird die Unwuchtmasse schrittweise entfernt, bis schlussendlich keine Unwucht mehr angezeigt wird. Dieser Vorgang bedingt mehrere Operationen und verlangt zudem beträchtliche Spezialkenntnisse, wodurch der ganze Vorgang sehr teuer wird. In dem Auswuchtverfahren, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist vorgesehen, in der gleichen Aufspannung im Betrieb fortlaufend zu messen und Material an der richtigen Stelle zu entfernen. So kann ein sehr rasches, billiges und einwandfreies Auswuchten gewährleistet werden, das immer durchgeführt wird, wenn es nötig ist. Zudem ist der damit erreichte Materialabtrag festigkeitsmässig wesentlich weniger ungünstig, als dies beim üblichen Wegbohren der Fall ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung besitzt einen bei der Lagerung .des rotierenden Körpers angebrachten Vibrationsaufnehmer, bevorzugt einen Beschleunigung^·- aufnehmer, der die Lagervibrationen mitmacht und der ein elektrisches Signal von sinusähnlichem Verlauf erzeugt, das der in die Eibene aus Drehachse des rotierenden Körpers und Wandler fallenden Komponente der Unwuchtkraft entspricht, sowie durch einen vom Signal gesteuerten elektrischen Aktuator, dessen beweglicher Teil ein Abtragwerkzeug trägt, das bei vorhandenem Signal mit einer der Drehzahl des rotierenden Körpers entsprechenden Frequenz Arbeitsschwingungen ausführt und bis zum Verschwinden der Unwucht bzw. des Signals nahezu phasenrichtig bei jeder Arbeitsschwingung in demselben Winkelbereich dos rotierenden Körpers von diesem Material abträgt.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Beschleunigungsaufnehmer ein piezoelektrisches Element auf, dessen Ausgang zur Steuerung

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des Abtragwerkzeuges benützt wird. Der vom Signal gesteuerte Aktuator kann zweckmässig als Schwingmagnet ausgebildet sein. Vorteilhaft sind Mittel vorgesehen zum Verstärken des vom Vibrationsaufnehmer erzeugten Signals, bevor dieses auf den Aktuator geleitet wird. Ferner können zweckmässig Mittel zur Anzeige der Amplitudengrösse des erzeugten Signals vorhanden sein. Diese Anzeigemittel lassen dann jederzeit die Grosse der Unwucht bzw. die Wirksamkeit einer eingeleiteten Auswuchtoperation feststellen. Mit dem Anzeigesystem kann ein Schwellwertschalter verbunden sein, der beim Ueberschreiten eines bestimmten Toleranzwertes für die Vibrationen ein Warnsignal auslöst.

Eine solche eben beschriebene Auswuchtvorrichtung ist bekannt und ist im Schweizer Patent 4Ql 533 ausführlich beschrieben. In diesem Patent ist hauptsächlich von zwei Ausführungsformen die Rede, nämlich von einer fest eingebauten Werkzeugbaugruppe und von einem Handwerkzeug. Während bis zur Einreichung dieser Anmeldung von einer fest eingebauten Werkzeuggruppe nichts bekannt wurde, ist das Handwerkzeug in einer grossen Anzahl hergestellt und verkauft worden. Während früher bekannte Auswuchtvorrichtungen entweder fest in Schleifeinrichtungen eingebaut waren oder auszuwuchtende Teile in speziell eingerichtete Auswuchtwerkstätten gebracht wurden, ergab sich mit dem Auswuchthandwerkzeug, das von Maschine zu Maschine gebracht wurde, eine neue Anwendungsphilosophie, welche die erfindungsgemässe Vorrichtung in besonders hohem Masse berücksichtigt. Bei einer bekannten Ausführungsform einer solchen Auswuchthandwerkzeugvorrichtung waren Vibrationsaufnehmer, Aktuator und Elektronikeinheit und Kabel in einer speziellen Holzkiste verpackt, wie es für elektronische Geräte üblich ist. Der Werkstattmann, der gelegentlich eine Schleifacheibe auswuchten wollte, musste

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zuerst die Betriebsanleitung konsultieren, um dann die Apparatur zusammenzuschalten und in Betrieb zu nehmen und die Auswuchtung auch richtig durchzuführen. Weiter musste er eine eher komplizierte Frequenzabstimmung am Vibrationsaufnehmer durchführen, die insofern schwierig ist, weil die Abstimmung am Vibrationsaufnehmer selbst und dazwischen wieder Ablesungen am Elektronikgerät, das anderswo plaziert ist, durchgeführt werden mussten, so dass die Abstimmung von einem Gerät zum anderen hin und her erfolgte, was als mühsam empfunden wurde. Die Funktionsweise dieses Zungenvibrationsaufnehmers ist im Deutschen Patent 1'473 486, Spalte 6, Zeile 23 bis Spalte 7, Zeile 8, beschrieben. Ein solches Konzept einer Auswuchtvorrichtung ist dem Personal, welches sie bedienen muss, nicht angepasst, da die Bedienung zu kompliziert ist. Das oben erwähnte Konzept hat auch noch einen technischen Mangel, der darin besteht, dass die Phasenbeziehung zwischen Aufnehmerschwingung und Schwingung des Abtragwerkzeuges durch Umpolung mittels eines Schalters nur um 180 verändert werden kann.Der Anwender dieser erwähnten Auswuchtvorrichtung musste an der Schleifscheibe suchen, in welchem Sektor der Schleifscheibe Material abgetragen werden muss, damit eine Auswuchtung überhaupt stattfand. Neuerdings haben die Schleifmaschinenhersteller die Tendenz, die Schleifscheiben aus Gründen der Unfallverhütung soweit wie möglich abzudecken und nur noch den Sektor der Schleifscheibe freizugeben, wo geschliffen werden muss. Es ist dann öfters vorgekommen, dass gerade der Sektor der Schleifscheibe, wo die Auswuchtung erfolgen sollte, abgedeckt und unzugänglich war. Es ist deshalb eine technische Erfordernis, den Phasenzusammenhang zwischen Aufnehmerschwingung und Schwingung des Abtragwerkzeuges feiner abgestuft verändern zu können.

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Damit eine Auswuchtvorrichtung dun in bezug auf Einfachheit, Handlichkeit und Zuverlässigkeit hohen Ansprüchen des Werkstattpersonals, das dann dieses Gerät bedienen muss, gerecht wird, ergeben sich für eine bessere Konzeption einer Auswuchtvorrichtung mit Abtragwerkzeug folgende neue Forderungen:

1. Abtrageinstickpunkt an der Schleifscheibe muss von 45 zu 45° verstellbar sein, wobei zweckmässigerweise der Drehwinkel auf dem Phaseneinstelldrehschalter gerade dem Verschiebungswinkel des Abtrageinstichpunktes entspricht.

2. Die Abstimmung auf die Tourenzahl soll am Elektronikgerät sein, wo sich auch die Schwingungsstärkeanzeige befindet.

3. Unterbringung des Vibrationsaufnehmers und des Abtragwerkzeuges mit dem Kabel sowie auch dem Netzanschlusskabel im Elektronikgerät selbst ohne Demontage der Kabel.

4. Einfache Handhabung des Gerätes. Gute Ablesbarkeit des Anzeigeinstrumentes für die Unwucht in einem grosssn Blickwinkel bis zu einem grossen Abstand.

5. Schutz der Bedienungselemente vor Schlagbeschädigung.

6. Rückfläche des Instrumentes mit Abstellfüssen versehen.

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Die Berücksichtigung dieser Ariwenderwünsche führte zu einem neuen Konzept, das der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Es handelt sich also um eine Weiterentwicklung einer schon existierenden Erfindung, der das Schweizerpatent 401533 zugrundeliegt.

Die in der neuen Konzeption erwünschte Phasenverstellungsmöglichkeit der Aufnehmerschwingung gegenüber der Schwingung des Abtragwerkzeuges ist vom elektronischen Standpunkt aus gesehen ein recht schwieriges Problem und bedeutet eine aufwendige Verbesserung. An und für sich gibt es viele Methoden und Schaltungen, mit denen man Phasenverschiebungen erzeugen kann. Die meisten beruhen darauf, dass auf irgend eine Weise eine zeitliche Signalverzögerung hervorgerufen wird, die bei einer festen Rotationsgeschwindigkeit des Prüflings ebenfalls eine der Zeit proportionale Winkelverschiebung ergibt. Ein schwieriges Problem besteht darin, dass die gleiche Auswuchtvorrichtung für Drehgeschwindigkeiten von 600 Umdrehungen pro Minute bis BOOO Umdrehungen pro Minute verwendet werden soll. Ein Phasenverschiebungsglied im Signalkanal, das z.B. eine Millisekunde zeitliche Signalverzögerung ergibt, erzeugt bei 600 Umdrehungen pro Sekunde einen Phasenverschiebungswinkel von 3,6° und bei 6000 Umdrehungen pro Sekunde einen solchen von 36°. Die jeweilige Kalibrierung des Phasenverstellungsgliedes an der Elektronik wäre von der jeweils vorhandenen Umdrehungszahl abhängig und wenn man eine Phasenverschiebung einstellen wollte, müsste man zuerst die jeweils gültige Eichung des Phaseneinstellschalters berücksichtigen und dann die gewünschte Verstellung ausrechnen. Diese wäre sicher nicht im Sinne einer einfachen Bedienungsphilosophie.

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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine phasenstarre Vervielfacherschaltung angewendet. Dies erlaubt im ganzen Tourenzahlbereich, völlig unabhängig von der Tourenzahl, die Phasenverschiebung an einem Schalter einzustellen. Mit dieser Schaltung ist es möglich, unabhängig von der Umdrehungszahl jede Umdrehungsperiode des Rotationskörpers in η aufeinanderfolgende Teilperioden aufzuteilen, die alle in einer starren, aber unterschiedlichen Phasenbeziehung zu den Nulldurchgängen des Aufnehmersignales stehen. Für den Fall der Schleifscheibenauswuchtung mit einem Handwerkzeug ist es zweckmässig, η = 8 zu wählen, d.h., dass Phasenverschiebungsschritte van 45° möglich sind, und der Abtragseinstichpunkt für das Abtragwerkzcug mit einer Ungenauigkeit von + 22,5° bis - 22,5° gegenüber dem Lagewinkel der Unwucht eingestellt werden kann. Erfahrungsgemäss ist bis zu einer Ungenauigkeit von + 60° bis - 60° eine Auswuchtung noch möglich. Selbstverständlich wäre eine feinere Unterteilung durch Wahl eines höheren π ohne weiteres möglich, jedoch würde sich der höhere Aufwand nicht durch eine wesentlich bessere Äuswuchtung bezahlt machen und die Bedienung würde dadurch eher komplizierter. Die phasenstarre Frequenzvervielfacherschaltung arbeitet nicht mit einer Zeitverzögerung, sondern sie erzeugt eine Oberfrequenz, die genau das Achtfache der Aufnehmerfrequenz ist und sorgt darüber hinaus dafür, dass die Nulldurchgämge der Grundschwingung mit Nulldurchgängen der Oberschwingung übereinstimmen. Die Frequenzvervielfacherschaltung besteht aus einer phase-locked.-loop und einer Untersetzerschaltung. Die phase-locked-loop verachtfacht die Grundfrequenz und die Untersetzerschaltung setzt die Frequenz wieder auf das Einfache herunter, mit der das Abtragwerkzeug betätigt wird. Dabei stehen acht Ausgänge der Schaltung zur Verfugung, die alle gegeneinander in der Phase um 45° verschoben sind und zur Benutzung

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jederzeit zur Verfügung stehen, bzw. mit einem Vielfachschalter ausgewählt werden Können. Die phase-locked-loop-Schaltung ist an sich nichts Neues. Sie wird in der Elektronik als Frequenz-Synthesizer verwendet und dient auch zur Demodulation von frequenz- oder amplitudenmodulierten Signalen. Diese Schaltung ist als integrierter Schaltkreis als Massenprodukt zu günstigen Preisen erhältlich. Dasselbe gilt auch für den Untersetzer, der in Zählerschaltungen, Computern etc. vielfach Verwendung findet. Die Kombination eines solchen phase-locked-loop mit einer Untersetzerschaltung zur Erzeugung von Phasenverschiebungen ist nicht die Anwendung, für die diese Bausteine eigentlich vorgesehen sind, sondern ist eher eine anomale Anwendung dieser Bausteine. Die Anwendung dieser phasenstarren Vervielfacherschaltung in der Konzeption eines solchen Auswuchthandwerkzeuges dagegen ist neu. Sie ist besonders vorteilhaft, weil sie billige Bausteine verwendet, die an und für sich für andere Massenanwendungen gedacht sind und man es also erreicht, für wenig Geld viel und relativ komplizierte Elektronik zusammenzustellen, die einen hohen Bedienungskomfort ermöglichen, was bei der Bedienung dieses Handwerkzeuges notwendig ist.

Die eben beschriebene Elektronik ergibt eine Vereinfachung der Bedienung, die jedoch mit einem gewissen Aufwand verbunden ist, der nicht berechtigt wäre, wenn er im Gesamtkonzept nicht mit anderen einfacheren und billigeren Massnahmen mehr praktischer Natur, die ebenfalls eine Vereinfachung der Bedienung bringen, verbunden wäre. Erst eine Kombination der Elektronik mit diesen einfachen Massnahmen zu einem geschlossenen Gesamtkonzept mit den Ziel "Einfache Bedienung" macht sie vom praktischen, insbesondere verkaufstechnischen Standpunkt

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her angesehen, sinnvoll. Diese Massnahmen sind: Möglichkeit, die Zubehörteile und Kabel in einem Kasten unterzubringen ohne die Kabel zu demontieren; Einstellung der Tourenzahl und Ablesung des Unwuchtausschlages am selben Gerät; Angaben auf dem Instrument für die Unwuchtanzeige, ob mit dem Aktuator oder den Ausgleichsgewichten auszuwuchten sei; logarithmische Skala für die Schwingamplitude mit der Möglichkeit der Ablesung der Schwingung über mehrere Zehnerpotenzen ohne Umschaltung des Instrumentes; ferner auch Anbringen einer einfachen Betriebsanleitung am Innendeckel des Elektronikkastens. Gestaltung des Kastens in der Weise, dass die Bedienungsorgane nicht beschädigt worden können.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung zum Auswuchten und Ueberwachen soll an den folgenden Figuren näher erläutert werden:

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den Vibrationsaufnehmer

und die Elektronik des ganzen Konzeptes. Figur 2 zeigt das Rechtecksignal, das vom Schmitt-Trigger zur phase-

locked-loop-Schaltung übermittelt wird. Figur 3 zeigt die Phasenlage der Signale, die aus phase-locked-loop herauskommen und die acht Signale, die auf den Ausgängen der

nachgeschalteten Untersetzerschaltung erscheinen. Figur 4 zeigt die Odertorschaltung, welche die 45°-Signale, die aus der Untersetzerschaltung tierauskommen, in 90°-Signale umgestaltet.

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Figur 5 zeigt die acht Signale, die wahlweise zur Betätigung des Abtragwerkzeuges eingestellt werden Können.

Figur 6 zeigt den Aufbau des ganzen Gerätes.

Figur 7 zeigt das Schema der Elektronik im Falle einer Unterteilung in eine Mess- und Ueberwachungs- und in eine Auswuchteinheit.

Figur 8 zeigt den vereinfachten Elektronikkasten der Auswuchteinheit im Falle einer Unterteilung in eine Mess- und Ueberwachungs- und in eine Auswuchteinheit.

Die detaillierte Funktionsweise kann anhand von Figur 1 erläutert werden.

Zu Figur 1; Eine durch Rotation einer Unwucht hervorgerufene Bewegung der Unterlage des Aufnehmersystems 1 und Gehäuse 2 bestehenden Schwingungsaufnehmers wird vom letzteren mitgemacht. Sofern die Bewegung eine Komponente in der Achsrichtung des Aufnehmers besitzt, entsteht am Eingang 3 des Verstärkers 4 eine Spannungsänderung, die exponential rrait einer Zeitkonstante von ca. 2,3 Sekunden abklingt. Die Spannungsänderung wird durch ein mechanisch-elektrisches Schwingungsaufnehmersystem 1» z.B. piezoelektrisches, resistive^, kapazitives oder induktives System erzeugt, das auf Schwingweg, Geschwindigkeit oder Beschleunigung anspricht. Die Spannungsänderung am Eingang des Vorverstärkers 4 bewirkt eine Stromänderung am Ausgang des Verstärkers. Der Verstärker 4 ist über ein abgeschirmtes Kabel 5 zwischen Verstärker 4 und Elektronikgerät B an die übrige Elektronik angeschlossen. Das Kabel 5 dient gleichzeitig zur Speisung des Vorverstärkers 4 im Gehäuse 2 wie auch zur Uebertragung des eingeprägten Stromsignals vom Aufnehmer auf

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den Elektronikteil.

Nach Uebertragung des Stromsignals wird das Signal zuerst auf den Strom-Spannungs-Wandlerverstärker 7 geführt, der das Stromsignal wiederum in ein Spannungssignal überführt. Din Gleichstromkomponente, die zum Betrieb des Vorverstärkers 4 nötig ist, wird mittels dem Koppelkondensator 8 abgetrennt. Im Potentiometer 9 wird das Signal abgeschwächt und die Empfindlichkeit der ganzen Schwingmesseinrichtung auf ihren Sollwert abgeglichen. Nach der ersten Integration wird das Signal im Tiefpassfilter 1ü noch ein zweites Mal integriert, wodurch erreicht wird, dass aus dem beschleunigungsproportionalen Signal ein grob wegpropurtionales Signal entsteht. Im Diodenbegrenzer 11 werden extrem hohe Amplituden, die z.B. durch ungeschickte Handhabung des Beschleunigungsaufnehmers entstehen könntnn, elektrisch abgeschnitten und die nachfolgende Elektronik vor Uebersteuerung bewahrt. Nach Durchlauf des Impedanzwandlers 12 gelangt das Signal in das Bandpassfilter 13. Das Filter 13 wird genau auf die Unwuchtfrequenz, die der Vibrationsaufnehmer aufnimmt, abgestimmt und eliminiurt alle fremden Signale mit anderen Frequenzen, deren Ursprung nicht in der Unwucht des auszuwuchtenden Rotationskörpers liegt. Es handelt sich um ein Wien-Brückenfilter mit einem Resonanzüberhöhungs-Q-Faktor von etwa 100. Nach dem Filter 13 verzweigen sich die Signalkanäle. Der eine läuft über Anzeigeverstärker 14 zum Messglßichrichter 15 weiter zu der Logarithmierschaltung 16 bestehend aus Diode und Widerstand und zum Anzeigeinstrument 17, wo die Unwuchtwegamplitude auf einer logarithmischen Skala angezeigt wird. Dieses Instrument 17 disnt zur Kontrolle dos Erfolges einer Auswuchtoperation mit dem Aktuator an einer Schleifscheibe. Der andere Signalkanal

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führt über den Schmitt-Trigger mit Hysterese 18 zu der sogenannten phaselocked-loop-Schaltung oder frei deutsch übersetzt Phasenverriegelungs-Schleifenschaltung 19. Vom Schmitt-Trigger 18 zu der phase-locked-loop-Schaltung 19 wird ein Rechtecksignal übermittelt wie Figur 2 zeigt. Diese letztere Schaltung 19 ist im Prinzip ein Oszillator, der exakt auf einem Vielfachen f2 und gleichzeitig phasentreu zu einem eingehenden Steuersignal f1 läuft. Im vorliegenden Fall ist das Vielfache ein Achtfaches. Die phaselocked-loop-Schaltung 19 unterteilt eine Schwingperiode T des rechtecktigen Unwuchtsignales f1 in 8 Teilperioden von je 1/8 T (s. Figur 3 Eingang). Diese Achtfachfrequenz f2 wird auf einen Untersetzer 20 geführt, der die Frequenz wieder achtfach unterteilt. Dieses unterteilte Signal (s. Figur 3 Ausgang 1), das wieder die Frequenz f1 des Grundsignals Fig. 2 hat, wird auf den phaselocked-loop 19 zurückgeführt, wo es mit dem Grundsignal Fig. 2, das vom Schmitt-Trigger 18 herkommt, verglichen wird. Eilt das Signal vom Untersetzer 20 demjenigen vom Schmitt-Trigger etwas in der Phase vor, wird die Frequenz der phase-locked-loop 19 etwas gesenkt. Die Phase verzögert sich etwas und wird dem Signal aus dem Schmitt-Trigger 18 angepasst. Vice versa wird ein Nachhinken durch ein Anheben der Frequenz des phase-locked-loop 18 ausreguliert. Auf diese Weise erhält man aus dem Untersetzer 20 ein Signal, das vollständig synchron und genau phasengleich mit dem Steuersignal ist, das auf dem Aufnehmersignal beruht. Der Synchronismus und die Phasenverrisgelung gilt aber auch für das Signal mit der achtfachen Frequenz und alle Unterteilungsfrequenzen,die im Untersetzer 20 erzeugt werden müssen. Durch Zusammensetzen der verschiedenen geeigneten Unterteilungssignale liefert der Untersetzer 20 schlussendlich 8 Signale aus B verschiedenen Kanälen, die die gleiciho Frequenz f1 wie das

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Steuersignal aus dem Schmitt-Trigger 16 haben, jedoch in der Phase gegen das letztere um 0°, 45°, 90°, 135°, 225°, 270° und 315° verschoben sind (s. Fig. 3]. Es handelt sich um Rechtecksignale mit einer Dauer von 45°.

Mit dem Tor 21 wird durch logische Verknüpfung von zwei aufeinanderfolgenden Signalen erreicht, dass Rechtocksignale entstehen, deren Dauer genau 90° ist. Dies ist eine Signaldauer, die besonders geeignet ist, um den Aktuator 25 genügend lang, aber auch nicht zu lang, im Einstich zu halten. Mit dem Umschalter 22 kann ein Signal mit der gewünschten Phasenlage abgegriffen werden, wobei die Phasenunterschiede von Stellung zu Stellung je 45° betragen. Das eingestellte Signal wird über die Bauteile der Leistungsstuft?n 28-37 zum Aktuator geführt, der entsprechend dem Rechtecksignal den Einstich des Abtragungswerkzeuges betätigt. 24 ist ein Schalter,der ermöglicht,den Aktuator ein- und auszuschalten.

ist die Stromversorgung der ganzen Elektronik. Der Schmitt-Trigger 18 besitzt zwei Funktionen. Einerseits wandelt er das streng sinoidale Signal aus dem Filter 13 in ein Rechtecksignal um, wobei die Nulldurchgänge des Sinussignales mit den Nulldurchgängen des Rechtecksignales grob übereinstimmen. Der Schmitt-Trigger hat jedoch eine gewisse Hysterese, d.h. er schaltet nicht genau beim Nulldurchgang des Sinoidalsignales, sondern das Sinoidalsignal muss zuerst ein wenig ins Positive hineinlaufen, damit der Trigger von Minus auf Plus schaltet und dann wiederum muss das Sinoidalsignal ein wenig ins Minusgebiet hineinlaufen, damit der Schmitt-Trigger wieder von Plus auf Minus zurückschaltet. Auf sehr kleine Signale, die kleiner als dia Hysteresespanne sind, spricht der Schmitt-Trigger dann überhaupt nicht mehr an, wodurch vermieden wird, dass der Aktuator bei gut ausgewuchtetem Rotationskörper auf Störspannungen, die mit

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der Unwucht des Rotationskörpers nichts zu tun haben, anspricht und in falschen Phasenwinkeln Material von der Schleifscheibe abträgt. Wenn das Unwuchtsignal so klein geworden ist, dass die Unwuchtbewegung nur noch einem Weg 0,05 bis 0,2μ entspricht, bleibt der Aktuator stehen und die Auswuchtung ist beendet. Am Stecker 26, der mit dem Schleifer des Phasenwahlschalters 22 verbunden ist, kann ein Signal zur Triggerung eines Stroboskopes herausgeführt werden. Mit dem Stroboskoplicht kann dann die Lage einer Unwucht auf einem Rotationskörper sichtbar gemacht werden. Die Leistungsendstufe besteht aus dem Vorverstärker und dem invertierenden Vorverstärker 28, den Leistungstransistoren 30 und 31, den Leistungszenerdioden 32 und 33, den Belastungswiderständen 34 und 35 und den Beschleunigungskondensatoren 36 und 37. Das ganze System ist doppelt aufgebaut, weil im Aktuator 25 zwei Magnetspulen zur Betätigung des Abtragwerkzeugeσ wechselweise mit Strom zu versorgen sind. Der eine Zweig mit den Komponenten 29, 30, 33, 35 und 37 zum Vorschub und Einstich des Werkzeuges während einem Phasenwinkel von 90° und der andere Zweig mit den Komponenten 2ß, 31, 32, 34 und 3G zum Rückzug während einem Phasenwinkel von 270°, der die Winkelsummc zu 360° ergänzt. Zweckmässigerweise werden als Steuertransistaren 32 und 33 Leistungstransistoren mit 200V Sperrspannung verwendet. Durch die Selbstinduktion der Elektromagnetspulen des Aktuators 25 entstehen hohe Schaltspannungsspitzen, die an die Sperrfähigkeit der Leistungstransistoren 30 und 31 hohe Anforderungen stellen. Zudem werden die Spannungsspitzen mit den Leistungszenerdioden 32 und 33, die Spannungen über 100V ableiten, stark gedämpft. Die Leistungswiderstände 34 und 35 begrenzen den Strom durch die Spulen des Aktuators 25 in der Weise, dass nicht eine zu hohe Erwärmung stattfindet. Da man eine schnelle Hin- und Herbewegung des Werkzeuges zwischen den Anschlägen vcm Aktuator wünscht, sind

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die Widerstände 34 und 35 mit Beschleunigungskondensatoren 36 und 37 überbrückt. Die Ladestromstösse dieser Kondensatoren laufen über die Spulen des Aktuators 25 und geben einen zusätzlichen Strom und damit auch Beschleunigungskraft im Moment, wo das Werkzeug bewegt werden muss. Die Widerstände 34 und 35 sind strommässig hoch belastet und werden zweckmMssigerweise an der Rückwand des Gehäuses 47 (Figur B) befestigt, wo diese gut gekühlt werden.

In Figur 3 zeigt die oberste Linie das Signal, das die phase-locked-loop-Schaltung 19 (Figur 1) der Frequenzuntersetzerschaltung 20 übermittelt. Dabei ist angenommen, dass die Periode von 0 bis 36D° dem Unwuchtgrundsignal entspreche. Die unteren Zeilen 1 bis 8 von Figur 3 zeigen die Signale,· die an den Ausgängen 1 bis B der Untersetzerschaltung 20 erscheinen. Figur 4 ist das Schaltschema der Torschaltung 21. An deren Ausgängen A1 bis AB erscheinen die Signale wie Figur 5 zeigt. Figur B zeigt die Anordnung des Elektronikkastens. Darin sind 38 das Anzeigeinstrument mit logarithmischer Anzeige, wo mit verschiedener Farbe j die drei Bereiche für Grobauswuchtung, Feinauswuchtung und "Auswuchtung-gut" J angegeben sind. 39 ist der Aktuatorschalter, der 24 Figur 1 entspricht und 40 ist der Netzhauptschalter. 41 ist der Bedienungsdrehknopf für die Tourenzahl. Der Bedienungsdrehknopf 41 wirkt auf ein Zehngangpotentiometer Die Skalenscheibe wird über ein 10:1 Untersetzungsgetriebe vom Drehknopf 41 angetrieben. 42 ist der durchdrehbare Drehschalter für die Phasenlage zwischen Aufnehmerschwingung und Abtragwerkzeugschwingung mit acht Stellungen mit Drehwinkeln von je 45°. 43 ist der Behälter für den Aktuator und 44 der Aufbewahrungsraum für das Kabel zwischen Aktuator und Elektronikteil. 45 ist der Aufbewahrungsraum für den Vibrationsaufnehmer mit dem Kabel. Der Vibrationsaufnehmer selbst

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kann mit seinen Magneten am Boden des Elektronikgehäuses aufgesetzt werden. 46 ist der Deckel des Elektronikgehäuses mit der Kurzbetriebsanleitung, der die ganze Bedienungsfront abdeckt und der nach oben geklappt werden kann. 47 sind "die drei Abstellzapfen an der Rückwand des Elektronikgehäuses, die auch dazu dienen, das Netzkabel aufzuwickeln. 48 ist das Netzkabel selbst. 49 ist die Netzsicherung, 50 der Umschalter für die Netzspannung. 51 ist der Traggriff am Elektronikgehäuse und 52 das Typenschild. 53 ist der Steckeranschluss für den Vibrationsaufnehmer, der normalerweise immer angeschlossen bleibt und nur zu Kontroll- oder Reparaturzwecken demontiert wird. 54 ist der Anschluss für den Aktuator, der immer angeschlossen bleibt. 55 ist ein Abdeckblech und 56 der Anschluss für das Stroboskop. 57 ist die Gehäuserückwand, an der auf der Innenseite die Leistungswiderstände 34 und 35 befestigt sind (s. auch 57 Figur 6). Die Steuerelektronik ist auf einer Europakarte untergebracht, die leicht aus dem Gehäuse ausbaubar ist. Die Widerstände der Leistungselektronik zur Betätigung des Abtragwerkzeuges sind an der Rückwand des Gehäuses angebracht, die wegen ihrer grossen Masse die anfallende Wärme leicht abführen kann. Die Konzeption ist nicht nur bedienungsfreundlich, sondern auch wartungs- und reparaturfreundlich. Figur 7 zeigt das elektrische Schaltbild für den Fall, dass die ganze Auswuchtvorrichtung in eine Mess/Ueberwachungs- und in eine Auswuchteinheit aufgespalten wird. Die aufgespaltene Vorrichtung weist gegenüber der einheitlichen Vorrichtung gemäss Figur 1 wenige Unterschiede auf. Der Aufbau des Schwingungsaufnehmers ist gleich, ausser dass er mit einer Schraubverbindung 60 an der zu überwachenden und auszuwuchtenden Maschine befestigt ist. Die Elektronik wird aufgeteilt in eine Einheit £2.mit Komponenten 7 bis 16 sowie 61. Dazu kommt noch ein Grenzwertschalter 5/7 und eine Alarmvorrichtung

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50, z.B. Licht oder Hupe. Das Anzeigeinstrument und die Alarmvorrichtung 58 werden an einer übersichtlichen Stelle, die vom Maschinenhersteller bestimmt wird, angebaut. Da der Mess- und Ueberwachungsteil ständig arbeitet, muss er einen eigenen Netzteil 61 besitzen, ferner einen Anschlussstecker zum Anschliessen des Auswuchtteils.

Der Auswuchtteil 63 enthält Komponenten 18 bis 37, d.h. alles was im Ueberwachungsteil nicht schon vorhanden ist. Die Funktionsweise ist genau dieselbe wie schon bei der einheitlichen Vorrichtung beschrieben. Letztere befindet sich in einem reduzierten Gehäuse (s. Figur 8). In diesem Gehäuse fehlen, verglichen mit Figur 6, das Anzeigeinstrument 38, der Drehknopf 31 und der Vibrationsaufnehmer. Die Rückseite bleibt gleich wie in Figur 6. Die zwei Einheiten 62 und 63 sind über ein abgeschirmtes Kabel miteinander verbunden.

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Leerseite

Claims

Pat ent an sprü ch e

Vorrichtung zum Auswuchten und Überwachen von Unwuchtschwingungen rotierender Körper, insbesondere zum Auswuchten und Überwachen von Schleifscheiben während des Betriebes mit einem auf der Lagerung des rotierenden Körpers angebrachten Schwingungsaufnehmer, der ein elektrisches Signal von sinusähnlichem Verlauf erzeugt, das der in der .Ebene aus Drehachse des rotierenden Körpers und Schwingungsaufnehmers fallenden Komponente der Unwuchtkraft entspricht, sowie durch einen durch dieses Signal gesteuerten elektromechanischen Aktuator, dessen bewegter Teil ein Abtragwerkzeug trägt, das bei vorhandenem Signal mit einer der Drehzahl des rotierenden Körpers entsprechenden Frequenz Arbeitsschwingungen ausführt und bis zum Verschwinden der Unwucht bzw. des Signals phasenrichtig bei der Arbeitsschwingung in demselben Winkelbereich des rotierenden Körpers von diesem Material abträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der Schwingung des Einstichwerkzeuges gegenüber der Phasenlage des Unwuchtsignales, unabhängig von der Drehzahl, um eine beliebige Anzahl Schritte von 36O°/n verschoben an einem Stufenschalter einstellbar ist, wobei η eine ganze Zahl >3 bedeutet.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine pbase-locked-loop-Schaltung (19) eine phasenverriegelte Oszillation mit der η-fachen der Unwuchtfrequenz erzeugt, daß die phase-locked-loop-Schaltung (19) mit einem n-fach-Untersetzer (20) verbunden ist und daß die in Bezug auf die Frequenz η-fach untersetzte Schwingung aus dem Untersetzer (20) in der phase-locked-loop-Schaltung (19) mit; einem Steuersignal, das ursprünglich aus dem Vibrationsaufnehmer stammt, verglichen wird, und daß der Unterschied dieser beiden Schwingungen die Frequenz der phase-locked-loop-Schaltung (19) in der Weise beeinflußt wird, daß die aus dem Untersetzer (20) zurückgeführte Schwingung in Bezug auf Frequenz und Phase vollständig mit dem Steuersignal übereinstimmt.
3« Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzuntersetzer (20) zur Anwendung kommt, der über η Ausgänge η Signale herausgibt, deren Frequenz η-fach untersetzt ist und die sich in der Phase um je 360°/n gegeneinander unterscheiden.
4-. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß η = 8 ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Untersetzer (20) eine Torschaltung (21) folgt, die 8 Oder-Gatter umfaßt, die acht 90 dauernde Rechtecksignale erzeugen, die gegeneinander um je 4-5° phasenverschoben sind(und die gemäß Fig. 4 geschaltet sind).

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6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vibrationsaufnehmer stammende sinoidale Unwuchtsignal von einem Schmitt-Trigger (18) mit Hysterese in ein Rechtecksignal umgew ndelt wird, das zu der phase-locked-loop-Schaltung (19) geführt wird, wobei mit der einstellbaren Größe der Hysterese die Empfindlichkeitsschwelle des Schmitt-Triggers einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vihrationsauf— nehmer herstammende Unwuchtsignal über ein Wien-Brücken-Filter (1.3) geführt wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Wien-Brücken-PiIter einen Gütefaktor Q zwischen 50 und 150 hat.
9* Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vibrationsaufnehmer stammende Unwuchtsignal nach dem PiIter (13) mit einem Anzeigeverstärker (14) verstärkt, mit einem Meßgleichrichter (15) gleichgerichtet und mit einer Diodenschaltung (16) an einem Instrument (17) mit logarithmischer Charakteristik zur Anzeige gebracht wird.

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10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vibrationsaufnehmer stammende Signal beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes über einen Schwellwertschalter (57) eine Alarmvorrichtung (58) einschaltet.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalkanal nach einem Tiefpaßfilter (10) eine Begrenzerschaltung (11) mit zwei Dioden in Antiparallelschaltung geschaltet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (13) mit einem Mehrgangpotentiometer abstimmbar ist und die Pilterdurchlaßfrequenz auf einer Drehscheibe angezeigt wird, die über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Uhtersetzungsfaktor, der nahezu der Gangzahl des Potentiometers entspricht, von der Potentiometerwelle angetrieben wird.
13· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Phasenverschiebungseinstellung ein durchdrehbarer Acht stufenschalter (22, 4-2) ohne Anschlag verwendet wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufen von der Stromversorgungsseite her mit Beschleunigungskondensatoren von hoher Kapazität (36 und 37) ausgerüstet sind, deren Ladestromstoß zur Erzielung einer schnellen Schaltgeschwindigkeit des Abtragwerkzeuges durch die Spulen im Aktuator beitragen.

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15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß vom Schleifer des Phasenwinkelumschalters (22) eine Leitung zu einer Steckbuchse (26) führt, die ermöglicht, ein Stroboskop zu triggern.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse für die Elektronik Aufbewahrungsabteile (43 bis 45) für den Vibrationsaufnehmer, den Aktuator und die Kabel vorgesehen sind.
17· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus Vibrabionsaufnehmer, Elektronikteil und Aktuator mit einem Unwuchtanzeigegerät mit logarithmischer Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich von Unwuchtschwingungen, wo eine Grobauswuchtung mit Gegengewichten ratsam ist, der Bereich mit kleineren Unwuchtschwingungen, in dem ein Auswuchten mit der erfindungsgemäßen Auswuchteinrichtung gub möglich ist, und der Bereich sehr feiner Unwuchtschwingungen, bei denen auswuchten kaum oder überhaupt nicht mehr möglich und notwendig ist, mit verschiedenen Farben auf der Skala angezeigt sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus Beschleunigungsaufnehmer, Elektronikbeil und Aktuator, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontseite des Elektronikgehäuses mit dem Anzeigegerät, den Bedienungsknöpfen und den Fächern zur Aufbewahrung der Kabel des Abtragwerkzeuges und des Beschleunigungsaufnehmers mit einem Blechdeckel (46) abgedeckt ist, der mib einem Magnet festgehalten ist, und an dessen Innenseite eine Kurzbetriebsanleitung angebracht ist.

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19· Vorrichtung nach einem der vorhergebenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus zwei Einheiten (62 und 63) besteht, wovon die erste Einheit (62) in vielfacher Ausführung auf mehreren verschiedenen Maschinen fest montiert ist und zur Vibrationsaufnahme, Überwachung und Alarmierung dient, und eine zweite Einheit (63) es ermöglicht, ambulant an das Uberwachungssystem von verschiedenen Maschinen anzuschließen und eine Auswuchbnng vorzunehmen.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des Aufnehmers, sowie der Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufen (4-, 7> 12) des Abschwächers (9) und des Filters (13) so auf die Hysterese des Schmitt-Triggers abgeglichen sind, daß letzterer bei einer Schwelle der Unwuchtschwingung von 0,05 his 0,2 um ^zu schalten beginnt.

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