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Einrichtung und Verfahren zum Auswuchten von Rotoren
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Auswuchten
von Rotoren, fhsbesondere Luftreifen für Fahrzeuge auf einem Reifenprüfstand.
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Ein Fahrzeugluftreifen hat ein von einem starren Rotor abweichendes
Unwuchtverhalten. Mit zunehmender Fliehkraft (Drehzahl) wandern die Massenpartikel
in nicht vorhersehbarer Weise nach außen,ohne daß hierbei ein festes Gesetz geschwindigkeitsabhängig
eingehalten wird. Dabei stellt sich auch eine Winkellageänderung der Unwucht ein.
Insbesondere bei der Reifenprüfung ist es deshalb von Interesse, das Unwuchtverhalten
von Fahrzeugluftreifen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten messen zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auswuchten insbesondere
von mit Fahrzeugluftreifen bestückten Prüfrädern an einem Reifen prüfstand bei beliebigen
Drehzahlen und bei laufendem Rotor zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich eine Einrichtung zum Auswuchten
vo-.l Rotoren gemäB der Erfindung durch
a) Meßvorrichtungen zum
Erfassen der Unwucht des Rotors nach Lage und Größe bei beliebiger Rotordrehzahl;
b) einen mit dem auszuwuchtenden Rotor gekuppelten, synchron umlaufenden Ausgleichskörper
mit mindestens drei um seinen Umfang verteilten Kammer für Fluid; c) eine Steuervorrichtung
zum dosierten Füllen bzw. Entleeren einzelner Kammern mit einem Fluid abgestimmt
auf Lage und Größe der gemessenen Unwucht aus.
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Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, daß die Meßvorrichtung zum Erfassen
der Unwuchtgröße in einer bestimmten Radialrichtung bezüglich des Ausgleichskörpers
raumfest angeordnet ist, so daß sie die Komponente des Unwuchtsignals in dieser
Richtung mißt, d. h. als Ausgangssignal ein Sinussignal (oder ein Cosinussignal)
abgibt.
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Dies ermöglicht ein einfaches und neuartiges Erfassen der Unwuchtlage
dadurch, daß ein Sinusfunktionsgeber vorgesehen ist, der eine mit einem festgelegten
Rddiusstrahl des Rotors beginnende, sychron damit umlaufende Sinusfunktion erzeugt,
und dadurch, daß ein Phasenvergleicher zum Bilden der Winkeldifferenz zwischen der
vorgegebenen Sinusfunktion und dem die Unwuchtgröße repräsentierenden Sinussignal
vorgesehen ist.
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Eine bevorzugte Ausführung der Meßvorrichtung zum Erfassen der Unwuchtgröße
ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor über eine Bewegungen nur in einer ausgewählten
Radialrichtung zulassende nachgiebige Halterung an einer ortsfesten Unterlage abgestützt
ist, und daß ein Hebel zur Obertragung dieser Bewegungen~zwischen seinen Enden schwenkbar
an der Unterlage angelenkt ist und am einenMEnde mit der Baueinheit gekuppelt ist
und am anderen Ende auf einen Kraft- oder Wegaufnehmer einwirkt, dessen Ausgangssignal
ein Maß für die Größe der Unwucht ist. Anstatt des über einen Hebel beaufschlagten
Kraft-oder Wegaufnehmers ist auch eine Anordnung dieses Aufnehmers unmittelbar an
der Halterung1 z. B. einer Blattfeder möglich. Dies ist jedoch ein Meßort nahe der
Rotorlagerung, was beispielsweise aus Temperaturgründen nicht immer erwünscht ist.
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Die beschriebene Ausführung der Meßvorrichtung zum Erfassen der Unwuchtgröße
ist mit Vorteil in Verbindung rit dem oben beschriebenen husgleichskörpt anwendbar.
Sie läßt sich jedoch auch bei einer Einrichtung zum Auswuchten eines Rotors verwenden,
bei welcher nicht ein solcher zum Ausgleich der Unwucht mit Fluid arbeitender Ausgleichs
körper vorgesehen ist, sondern bei welcher in herkömmlicher Weise mittels Gewichten
ausgewuchtet wird.
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Die nachgiebige Halterung kann von einer in der ausgewählten Radiusrichtung
weichen Blattfederanordnung gebildet sein, die in allen anderen Richtungen starr
ist. Der Kraft- oder Wegaufnehmer weist vorteilhaft ein Biegeglied auf, das mit
Dehnungsmeßstreifen beklebt ist, deren Ausgangssignal das Maß für die Größe der
Unwucht ist.
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Um den Ausgleichsörper dosiert füllen und entleeren zu können, ist
zweckmäßig zum Zufre bzw. Abführen von Fluid in bzw. aus den Kammern des Ausgleichskörpers
ein Drehübertrager vorgesehen.
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Bei einer konstruktiven Ausgestaltung dieses Drehübertragers umfaßt
die mittels der oben beschriebenen nachgiebigen Halterung abgestützte Baueinheit
auch den Drehübertrager, wobei die Halterung an diesem angreift und wobei Ausgleichskörper
und Rotor am nicht rotierenden Drehübertrager drehbar gelagert sind.
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Zweckmäßig steht dabei der Drehübertrager über von Dichtringen begrenzte
Umfangskanäle mit gradlinigen Kanälen in Verbindung, welche das Fluid zu bzw. von
den Kammern leiten. Vorzugsweise sind die Dichtringe und die Lager zwischen Drehübertrager
und Ausgleichskörper radial innen angeordnet, um ein Arbeiten bei hohen Drehzahlen
zu ermöglichen.
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Vorteilhaft wird zum Füllen der Kammern zum Unwuchtausgleich ein hydraulisches
Fluid und zum Entleeren Druckluft eingesetzt.
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Der Rotor läßt sich wahlweise über eine an ihn angedrückte Unterlage
mittels Reibschluß oder in davon abgehobenem Zustand von einem eige-
nen
Antrieb antreiben. Diese letztere Antriebsmöglichkeit ist speziell bei der Anwendung
für das Auswuchten von mit Luftreifen bestückten Prüfrädern von Vorteil, um Einflüsse
des Bodenkontaktes des Luftreifens von allein durch die Unwucht bewirkten Einflüssen
trennen zu können.
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Bei einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
daß insgesamt vier Kammern gleichmäßig über den Umfang des als Ring ausgebildeten
Ausgleichskörpers verteitt angeordnetsind. Natürlich können auch mehr als vier Kammern
realisiert werden; jedobh wird der Aufwand für die dann zusätzlich erforderlichen
Drehübertrager und die Steuerung entsprechend höher. Vier Kammern sind konstruktiv'günstig
und lassen ausreichend gute Wuchtergebnisse erwarten.
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Ein Verfahren zum Auswuchten von Rotoren gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Unwucht nach Lage und Größe bei beliebiger Rotordrehzahl
ermittelt wird, und daß während des Rotorlaufes die Winkellage der Unwucht durch
Hinzufügen zur Rotormasse einer dosierten Fluidmenge!an einer in Smfangsrichtung
benachbart dem Unwuchtvektor gelegenen Stelle korrigiert wird und die Unwucht durch
Hinzufügen mindestens einer weiteren dosierten Fluidmenge im Bereich gegenüber des
korrigierten Unwuchtvektors ausgeglichen wird.
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Das erfindungsgemäße Auswuchten bei laufendem Rotor bringt erhebliche
Zeitersparnis und vereitelt darüberhinaus, daß erneute Unwuchten durch Zentrierungsgenauigkeitalentstehen,
wie sie beim herkömmlichen Auswuchten unvermeidlich waren.
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Bei einem abgewandelten Verfahren zum Auswuchten von Rotoren, bei
dem eine Meßvorrichtung zum Erfassen der Unwuchtgröße wie oben beschrieben verwendet
wird, läßt sich bei beliebiger Drehzahl jeweils in herkömmlicher Weise durch Anbringen--von
Gewichten auswuchten.
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Es versteht sich, daß bei diesem Verfahren bei jeder Wucht-Drehzahl
das vorherige Gewicht weggenommen und ein anderes Gewicht angebracht werden muß,ggf.
in anderer Winkellage eines Prüfrades mit-.einem Luftreifen oder dgl.
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Bei einer weiteren Ausgestal1ing des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß der Rotor, insbesondere ein mit einem Luftreifen bestücktes
Prüfrad, in von einer Unterlage abgehobenem Zustand angetrieben und ausgewuchtet
wird. Dabei lassen sich Restunwuchten des Prüfrades beseitigen, die im Bereich hoher
Geschwindigkeiten beispielsweise die Größenordnung des Rollwiderstandes des an die
Unterlage angedrückten Prüfrades annehmen und deshalb die Prüfergebnisse ernstlich
veraschen können.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im
folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene, stark schematisierte Seitenansrht
einer Einrichtung nach der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zur Achse eines
Ausgleichskörpers der Einrichtung nach Fig; 1, Fig. 3 ein Schaltschema einer Meßvorrichtung
zum Erfassen der Winkellage der Unwucht eines Rotors; Fig. 4 ein Blockschaltbild
einer Fluid-Steuerschaltung der Einrichtung nach Fig. 1.
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Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung weist einen drehbaren Teil mit
einem Radflansbh 1 und einem Ausgleichskörper 2 auf, welcher als Ring ausgebildet
ist und mit dem Radflansch 1 starr gekuppelt ist, beispielsweise über eine Paßfeder
3. An dem Radflansch 1 läßt sich ein mit einem Luftreifen bestücktes Prüfrad (nicht
gezeigt) befestigen.
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Der Ring 2 enthält vier gleichmäßig um seinen Umfang verteilte Kammern
4,5,6,7, welche gasdicht in dem Ring 2 angeordnet sind und Zu- und Ableitungen für
ein hydraulisches Fluid bzw. für Druckluft aufweisen. Jede der Kammern hat zwei
solche gleichzeitig für die Fluidzu- und-abfuhr dienedde Leitungen 8,9, von denen
die eine für die Zu- bzw. Abfuhr von hyraulischem Fluid, wie einem Hydrauliköl und
die andere für die Zu- bzw. Abfuhr von Druckluft dient.
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Jede dieser Leitungen mündet, wie beispielsweise anhand der Leitung
8 in Fig. 1 gezeigt ist, in einen Umfangsspalt 10, der seitlich zwischen zwei Dichtringen
11, 12 und außen von einer feststehenden Wand 13 eines Drehübertragers 14 begrenzt
ist. Dem Umfangsspalt 10 kann ein Fluid über Anschlüsse 15,16 und nicht gezeigte
Kanäle in noch zu beschreibender Weise dosiert zugeführt werden.
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Der Drehübertrager 14 lagert den Ausgleichskörper 2 und den Radflansch
1 drehbar über Lager, von denen eines bei 17 angedeutet ist.
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Für die Anwendung bei hohen Drehzahlen ist zweckmäßi.g, wenn die Dichtungen
11,12 und die Lager 17 radial innen am Ausgleichskörper 2 angeordnet sind. Der Drehübertrager
selbst ist mittels einer Blattfederaufhängung mit an seinem Umfang befestigten Blattfedern
18,19 aufgehängt. Die Blattfedern sind mit ihren anderen Enden an ortsfesten Blöcken
20,21 befestigt. Die gezeigten und eventuell noch weitere am Umfang befestigte Blattfedern
sind sämtlich so orientiert, daß sie eine Bewegung der Baueinheit aus Radflansch
1, Ausgleichskörper 2 und Drehübertrager 14 ausschließlich in einer die Rotationsachse
22 enthaltenden Ebene, z. B.
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in der Zeichenebene in Fig. 1, zulassen. An einem Vorsprung 23 des
Drehübertragers 14 ist über eine Blattfeder 24 das eine Ende 25 eines zweiarmigen
Hebels 26 angelenkt. Dieser zweiarmige Hebel26 ist über eine Blattfeder 27 schwenkbar
an einer-ortsfesten Unterlage angelenkt und an seinem freien Ende 28 mittels einer
Blattfeder 29 mit dem freien Ende eines Biegegliedes verbunden. Dieses Biegeglied
30 ist mit nicht gezeigten Dehnmeßstreifen beklebt, deren Ausgangssignal ein Maß
für die Bewegung der genannten Baueinheit in der Zeichenebene und damit für die
Unwucht ist. Die Hebelübersetzung 11 /12 ist maßgebend für die Eigenfrequenzerhöhung
des Meßsystems, die deshalb erwünscht ist, damit bei großen Drehzahlen von Radflansch
1 und Ausgleichskörper 2 stets im unterkritischen Drehzahlbereich gemessen werden
kann.
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Es ist ersichtlich, daß die nachyiebige Aufhängung cter t)esshriebUrlen
Baueinheit 1,2,14 mittels der Blattfedern 1ski9 mit der datuqth';r,qen Meßvorrichtung
26,30 die Größe der Unwucht in Gestalt eines Sinussignales ergibt.
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Die Feststellung der Unwuchtlage sei nun anhand der Fig. 2 und 3 erläutert.
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In Fig. 3 ist mit 40 ein Sinusfunktionsgeber bezeichnet, der ein mit
dem Radflansch 1 und Ausgleichskörper 2 umlaufendes Sinussignal abgibt. Der Nulidurchgang
zu Beginn dieses Sinussignals, kann an eine beliebige Umfangsstelle, z. B. in den
senkrechten Radiusstrahl 41 gemäß Fig. 2 gelegt werden. Mit der oben beschriebenen
Meßvorrichtung für die Unwuchtgröße gemäß Fig. 1 la"ßt sich einem bestimmten Radiusstrahl
der Nulldurchgang zu Beginn des Unwucht-Sinussignals zuordnen, beispielsweise dem
Radiusstrahl 42 in Fig. 1. Ein Geber für den Nulldurchgang dieses Unwuchtsignals
ist in Fig. 3 mit 43 bezeichnet. Die Ausgangssignale der Geber 40,43 werden einem
Phasenvergleicher 44 zugeführt. Dieser bildet die Phasendifferenz zwischen den beiden
Sinussignalen 42,41. Da der Anfang des vorgegebenen Sinussignales mit dem Radiusstrahl
41 seiner Winkellage nach bekannt ist, erhält man somit auch die Winkel lage der
Unwucht, die an einer Anzeige bzw. einem Registriergerät 45 registriert wird.
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Es ist damit gezeigt, daß und wie die Unwucht der Lage und Größe nach
mit der Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 bestimmt wird.
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Zum Ausgleichen der Unwucht werden nun die Kammern 4 bis 7 dosiert
gefüllt bzw. entleert, wie anhand der Fig. 2 und 4 erläutert ist.
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Im Blockschaltbild nach Fig. 4 ist mit 50 eine Pumpe bezeichnet, die
einen hydraulisches Fluid einem Tank 51 entnimmt und über eine Leitungsverzweigung
mit Leitungszweigen 52,53, in denen einstellbare Drosseln 54,55 m,t nachgeschalteten
Rückschlagventilen 56, 57 angeordnet sind, einer zwischen den Rückschlagventilen
abgezweigten Leitung 58 eingespeist wird. Die Leitung 58 ist über ein Zwei-/Drei-Wegeventil
59 mit dem Drehübertrager 14, d. h. dem zugehörigen Umfangsspalt 10 verbunden, der
über den Kanal 8 (vgl. Fig. 1) mit einer der Kammern 4 bis 7 in Verbindung steht.
Ober den Kanal 9
ist diese Kammer über den Drehübertrager 14 beispielsweise
radial von innen her mit einem Zwei-/Zwei-Wegeventil 61 verbunden, über das bei
62 Druckluft von einer Druckluftquelle her zugeführt werden kann. -Bei einer in
der Praxis ausgeführten Konstruktion sind für jede Leitung 8,9 bzw. 58 je eine Gruppe
von zwei nicht umlaufenden Simmeringen radial innerhalb des Ausgleichskörpers 2
axial nebeneinander mit ihren Dichtlippen nach innen zurortsfesten Außenumfangsfläche
des innen liegenden Drehübertragers angeordnet. Dies schafft eine kompakte Konstruktion,
wobei die Dichtlippen wegen der ruhenden Anordnung der Simmeringe keinen Zentrifugalkräften-ausgesetzt
sind.
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Für jede Kammer 4 bis 7 ist eine gesonderte Steuerschaltung nach Fig.
4 vorgesehen, wobei selbstverständlich einige Bauteile wie Pumpe 50, Tank 51, Druckluftquelle
62, für alle Steueranordnungen gemeinsam sein können.
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Die Leitungszweige 52,53 dienen zum Grob- und Feindosieren des hydraulischen
Fluids, welches vorteilhaft zum besseren Dosieren niedriges spez. Gewicht hat. Zweckmäßig
wird ein übliches Hydrauliköl verwendet.
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An der Verzweigungsstelle der Leitungszweige 52,53 ist ein Zwei-/Zwei-Wegeventil
63 vorgesehen, das alternativ eine der beiden Leitungszweige 52,53 speist, so daß
je nach der Drossel stellung der Drossel 54 oder 55 ein Grob- oder Feinwuchten erzielt
wir.
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Zum Auswuchten wird mit der beschriebenen Einrichtung wie folgt gearbeitet:
Ist die Lage und Größe des Unwuchtvektors festgestellt, beispielsweise in Gestalt
des Unwuchtvektors 42, so wird durch Füllen der in Umfangsrichtung hinter der zunächst
gelegenen Kammer 4 angeordneten Kammer 7 mit hydraulischem Fluid der Unwuchtvektor
42 zu einem Radiusstrahl 46 hin verlagert, der durch die Kammermitte der Kammer
4 geht.
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Denn wird die so in ihrer Winkellage korrigierte Unwucht dadurch ucc
ichen, daS die in Umfanysrichtung gegenüberliegende Kanilner 6 solange mit hydraulischem
Fluid yefüllt wird, bis die Unwucht ausgeglichen ist. Ebenso könnte auch zur Verlagerung
des Unwuchtvektors in die Mitte der Kammer 5 die Karnrner 6 gefüllt werden, wobei
dann zum Ausgleichen der Unwucht die Kammer 7 gefüllt werden müßte.
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Dieser Vorgang kann bei abgehobenem Prüfrad, das in den Fig. nicht
gezeigt ist und am Radflansch 1 befestigt wird, vorgenommen werden, wobei dann die
drehbare Anordnung mit Radflansch 1 und Ausgleichskörper 2 über einen gesonderten
Antrieb angetrieben wird. Es kann jedoch auch in an eine Unterlage, beispielsweise
an eine Außentrommel oder ein Flachband eines ReifenprUfstandes, angepreßtem Zustand
des Prüfrades n beschriebener Weise ausgewuchtet werden.
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Die anhand der Fig. 1 und 3 beschriebene Meßvorrichtung läßt sich
auch ohne Verwendung eines Ausgleichskörpers 2 mit den Kammern 4 bis 7 zur Bestimmung
der Größe und Lage verwenden. Es kann dann in herkömmlicher Weise durbh Anbringung
von Gewichten am auszuwuchtenden Rotor, wie einem Prüfrad, ausgewuchtet werden.
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Es ist ersichtlich, daß die Anzahl der Kammern 4 bis 7 nicht geradzahlig
sein muß. Es messen jedoch mindestens drei Kammern am Umfang des Ausgleichskörpers
2 vorgesehen werden, damit ein Auswuchten nach dem neuen Prinzip möglich ist.
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Das oben geschilderte neue Auswuchtprinzip ist am Beispiel des Auswuchtens
eines mit einem Luftreifen bestückten Prüfrades beschrieben. Es läßt sich jedoch
auch bei anderen Anwendungsfällen mit Vorteil einsetzen. Ein Beispiel ist das Auswuchten
von Schleifscheiben.