DE3205630C2 - Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines auszuwuchtenden Gegenstandes, insbesondere eines Fahrzeugrades, der eine vordere und eine hintere, einen Abstand aufweisende Randebene besitzt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines auszuwuchtenden Gegenstandes, insbesondere eines Fahrzeugrades, der eine vordere und eine hintere, einen Abstand aufweisende Randebene besitzt, wie sie aus der DE 27 00 098 A1 bekannt ist.

Es sind bereits Vorrichtungen zum Ermitteln der Massenunwucht eines rotierenden Fahrzeugrades bekannt und z. B. in den nachstehend genannten Patentschriften beschrieben: GB-PSen 9 39 693 und 12 47 596 sowie die US-PSen 23 78 018, 28 28 911, 31 02 429, 37 24 279, 38 12 725, 38 35 712, 39 10 121, 39 11 751, 39 22 922, 39 91 620 und 41 73 146. Allgemein gesprochen, gibt es zwei Bauarten solcher Vorrichtungen.

Bei der ersten Bauart erfolgt der Antrieb des Fahrzeugrades indirekt über eine Kupplung, eine Riemenscheibe oder ein Getriebe. Ein solcher indirekter Antrieb ermöglicht Messungen bei einer niedrigen Drehzahl von z. B. 200 oder 500 U/min, was aus Sicherheitsgründen sowie zur raschen Durchführung der Messungen erwünscht sein kann. Außerdem kann man dabei das Freilaufverfahren anwenden, bei der der Antrieb vom Wuchtkörper (rotierender Gegenstand) völlig getrennt und damit die Einwirkung auf das Meßobjekt eliminiert wird ("Maschinenmarkt", Würzburg, Jg. 71, Nr. 29, 1965, Seiten 17 bis 22).

Bei der zweiten Bauart die eingangs genannte DE 27 00 098 A1 oder US-PS 38 12 725) ist die Antriebseinrichtung direkt mit dem rotierenden Rad gekuppelt. Dies sichert hohe mechanische Stabilität und Meßgenauigkeit. Andererseits können nur das Auslaufverfahren oder das Konstantdrehzahlverfahren angewendet werden (Maschinenmarkt a. a. O). Beim Auslaufverfahren wird bei Übereinstimmung von Erregerfrequenz und Eigenfrequenz des schwingenden Systems, also bei Resonanz, die Unwucht gemessen und aufgezeichnet. Die Messung erfolgt somit nur kurzzeitig und nicht kontinuierlich während eines verhältnismäßig langen Zeitraumes (verglichen mit der Zykluszeit).

Bei weiteren bekannten Auswuchtvorrichtungen (DE 24 56 593 A1, DE-OS 21 30 042 und DE 29 28 945 A1) werden die durch einen rotierenden Gegenstand hervorgerufenen Unwuchtkräfte bei vorgewählten, diskreten Drehzahlen gemessen, da sich hierbei die Verarbeitung der erzeugten Signale durch die zugehörigen elektronischen Einrichtungen vereinfacht. Steht eine vorgewählte, diskrete Drehzahl zum Messen der Unwuchtkraft eines umlaufenden Reifens zur Verfügung, bedeutet dies, daß man ein elektronisches Filter konstruieren könnte, das eine gewünschte Filterfrequenz aufweist. Ein solches Filter würde elektronische Signale, die diese Frequenz haben, relativ ungehindert durchlassen, jedoch Hintergrundsignale oder elektronisches Rauschen zurückhalten. Außerdem ist es beim Messen der Unwuchtkräfte bei vorgewählten, diskreten Drehgeschwindigkeiten möglich, die sich aus Phasenverschiebungen ergebenden Probleme zu vermeiden. Zwar läßt sich dieses Ergebnis dadurch erzielen, daß man das elektronische Filter entsprechend wählt, wodurch die Drehfrequenz festgelegt wird, bei der die Unwuchtkraft gemessen wird, doch geschieht dies auf Kosten der Genauigkeit des Systems, da die Messung während einer sehr kurzen Zeitspanne durchgeführt werden muß. Die Drehgeschwindigkeit des umlaufenden Reifens nimmt ständig ab, und daher würde bei der vorgeschriebenen, diskreten Drehgeschwindigkeit nur eine kurze Zeitspanne zur Verfügung stehen, während welcher die Unwuchtkraft des rotierenden Reifens gemessen werden kann. Diese Tatsache stellt natürlich eine Fehlerquelle dar.

Durch die Erfindung ist nunmehr eine Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines auszuwuchtenden Gegenstandes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weitergebildet worden, daß während einer relativ langen Zeitspanne während des Auslaufs der Unwucht die Unwuchtgrößen ermittelt und berechnet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung;

Fig. 2 den Teilschnitt 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 den Teilschnitt 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des gesamten elektrischen Aufbaus der Vorrichtung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines elektronischen Teils der Vorrichtung zum Berechnen und Darstellen der Meßwerte der Unwuchtkraft;

Fig. 6 eine Ausführungsform eines zu verwendenden Addierers;

Fig. 7 eine Ausführungsform der Schaltung eines verwendeten Durchmesserkompensators;

Fig. 8 eine Ausführungsform eines zu verwendenden Tiefpaßfilters;

Fig. 9a eine Ausführungsform eines zu verwendenden Rechners, wobei Fig. 9b und 9c Teilen von Fig. 9a entsprechen und Fig. 9d eine weitere Ausführungsform eines zu verwendenden Rechners darstellt;

Fig. 10 eine Ausführungsform einer zu verwendenden Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichteranordnung;

Fig. 11 eine Ausführungsform eines zu verwendenden Drehzahlkompensators; und

Fig. 12 eine Ausführungsform eines zu verwendenden Rechners für den reziproken Wert der Winkelgeschwindigkeit.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist insbesondere geeignet, die Unwuchtkraft eines Rades 12 zu messen, das einen Reifen 14 trägt. Das Rad 12 ist auf einem Ende einer massiven freitragenden Welle 16 befestigt. Ein Motor 18 wie ein Käfigankermotor, z. B. ein achtpoliger Asynchronmotor, ist mit dem anderen Ende der Welle 16 direkt gekuppelt. Der Motor 18 wird von einem ersten starren Gestell 22 nahe dem Reifen 14 sowie von einem zweiten starren Gestell 24, das in einem Abstand von dem Reifen angeordnet ist, getragen. Die beiden starren Gestelle 22 und 24 sind durch eine waagerechte Platte 23 verbunden, die den Motor 18 unterstützt, der durch die waagerechte Platte daran gehindert wird, sich in irgendeiner horizontalen Richtung zu bewegen. Der Motor 18 und die Gestelle 22 und 24, die mit ihm durch die waagerechte Platte 23 verbunden sind (im folgenden insgesamt kurz als Motor 18 bezeichnet), stützen sich an mehreren Kraftwandlern 26 ab; die Kraftwandler 26 können auf beliebige bekannte Weise so ausgebildet sein, daß sie es ermöglichen, auf sie wirkende Kräfte nachzuweisen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sprechen die Wandler 26 nur auf in senkrechter Richtung auf sie wirkende Kräfte an, doch sei bemerkt, daß man die Wandler auch so anordnen könnte, daß sie nur auf waagerechte Kräfte ansprechen. In Abhängigkeit von den auf sie ausgeübten Kräften erzeugen die Wandler 26 jeweils ein elektrisches Ausgangssignal. Bei einer typischen Anordnung kann man piezoelektrische, kapazitive oder mit variablem magnetischen Widerstand arbeitende Wandler, Widerstands-Dehnungsmesser oder dergl. verwenden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind drei piezoelektrische Wandler 26a, 26b und 26c vorhanden, deren Anordnung aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die beiden ersten Wandler 26a und 26b sind auf einer Linie angeordnet, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Welle 16 verläuft und dem Ende des Motors 18 benachbart ist, in dessen Nähe das Rad 12 angeordnet ist. Der dritte Wandler 26c ist annähernd in der Mitte zwischen den beiden ersten Wandlern und nahe dem anderen Ende des Motors 18 angeordnet. Dieses Ende des Motors ist mit einem gezahnten Rad 20 versehen, das gemäß Fig. 3 einen Drehwinkelwandler zum Ermitteln der jeweiligen Winkelstellung des Motors 18 bildet. An einem ortsfesten Punkt ist eine Lichtquelle 28, z. B. eine Glühbirne, angeordnet, die einen Lichtstrahl aussendet, welcher auf einen optischen Fühler 30 gerichtet ist von den Lücken zwischen den Zähnen des Rades 20 durchgelassen wird, das gemäß Fig. 3 mehrere in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilte Öffnungen 32 hat. Wird das Rad 20 gedreht, unterbrechen die Öffnungen 32 den von der Lichtquelle 28 zu dem Fühler 30 gelangenden Lichtstrahl bzw. sie lassen ihn zu dem Fühler gelangen, was sich jeweils nach der Stellung des gezahnten Rades richtet, die wiederum durch die Drehbewegung der mit dem Motor 18 gekuppelten Welle 17 bestimmt wird. Diese Anordnung ist z. B. aus der US-PS 39 10 121 bekannt und ermöglicht es, die jeweilige Winkelstellung der rotierenden Welle zu ermitteln, die mit dem Motor gekuppelt ist.

Beim Gebrauch der Vorrichtung 10 wird der Motor 18 in Betrieb gesetzt und auf eine Drehzahl beschleunigt, bei der die auf das Rad 12 wirkende Unwuchtkraft gemessen werden soll. Diese Drehzahl beträgt gewöhnlich etwa 500 U/min. Dann wird der Motor 18 abgeschaltet, so daß das Rad 12 im Freilauf rotieren kann; mit anderen Worten, das Rad 12 kann sich ungehindert drehen. Da natürlich auf die mit dem Motor 18 gekuppelte Welle sowie andere Bauteile eine gewisse Reibung wirkt, beginnt eine Verlangsamung der Drehbewegung des Rades, das im Freilauf etwa vier Umdrehungen ausführen kann, bevor Messungen durchgeführt werden. Dies ermöglicht es dem System, sich zu "beruhigen". Nach Beendigung dieser Anlaufperiode werden Messungen der Größe der Unwuchtkraft mit Hilfe der Kraftwandler 26 kontinuierlich durchgeführt. Wegen dieser kontinuierlichen Durchführung der Kraftmessungen werden auch Berechnungen der Unwuchtkräfte kontinuierlich mit Hilfe einer elektronischen Recheneinrichtung 40 durchgeführt, mit der die Vorrichtung ausgerüstet ist. Nachdem das Rad etwa acht weitere Umdrehungen ausgeführt hat, wird der Motor 18 erneut eingeschaltet, um das umlaufende Rad 12 bis zum Stillstand abzubremsen. Die Drehung des Rades im Auslauf dauert insgesamt etwa 1,5 sec. die Ergebnisse der Messung werden mit Hilfe der elektronischen Recheneinrichtung 40 ermittelt und dann auf einem Bildschirm 34 dargestellt. Fig. 4 zeigt schematisch die Reihenfolge dieser Vorgänge.

Die elektronische Recheneinrichtung 40 ist in Fig. 5 als Blockschaltbild dargestellt. Das Ausgangssignal des dritten Kraftwandlers 26c ist mit F3 bezeichnet. Die Ausgangssignale der beiden ersten Kraftwandler 26a und 26b, die in Fig. 5 mit F4A und F4B bezeichnet sind, werden einem Addierer 42 zugeführt, der die Aufgabe hat, die Signale der beiden ersten Wandler in einem solchen Verhältnis zueinander zu addieren, daß ihre Summe in direkter Phasenäquivalenz zu dem durch den dritten Wandler 26c erzeugten Signal steht. Ein solcher Addierer ist aus den US-PSen 38 35 712 und 31 02 429 bekannt. Ein Beispiel für den Addierer 42 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Ausgangssignale F4A und F4B durchlaufen Trennverstärker 110, welche diese Ausgangssignale gegenüber der variierenden Impedanz der Schaltung des Addierers 42 isolieren. Die Ausgangssignale F4A und F4B eilen dem Ausgangssignal F3 etwas vor bzw. nach, so daß man den Abnahmepunkt eines Phaseneinstellpotentiometers 112 verstellen kann, um ein Signal zu erhalten, das sich direkt in Phase mit dem Ausgangssignal F3 befindet. Bei dem dem Phaseneinstellpotentiometer 112 nachgeschalteten Verstärker 114 handelt es sich um einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, der so geschaltet ist, daß er einen sehr hohen Eingangswiderstand hat, um das Phaseneinstellpotentiometer 112 nicht zu belasten. Ein Verstärkungseinstellpotentiometer 116 dient dazu, die Amplitude des zusammengesetzten Signals F4 so einzustellen, daß sie sich im richtigen Verhältnis zu dem Ausgangssignal F3 befindet.

Von dem Addierer 42 aus gelangt das zusammengesetzte Signal F4 (Signal F4) zusammen mit dem Ausgangssignal F3 zu einem Durchmesserkompensator 44, der die Signale F3 und F4 für die Unwuchtkraft durch den Durchmesser des Rades 12 teilt. Natürlich muß der Durchmesser des Rades durch die Bedienungsperson eingestellt werden. Auch eine solche Schaltung ist bereits bekannt. Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine solche Schaltung, die dem Signal F3 zugeordnet ist. Für das Signal F4 ist eine weitere gleichartige Schaltung vorhanden. Beim Betrieb des Durchmesserkompensators 44 wird das Signal F3 durch einen Analogschalter 118 unterbrochen, der seinerseits durch eine Impulsreihe betätigt wird, deren Tastverhältnis zu dem Ausdruck 1/Durchmesser proportional ist.

Der Mittelwert des Ausgangssignals wird nach dem Ausfiltern der hochfrequenten Schaltkomponenten entsprechend dem Faktor k eingestellt, der die Einschaltzeit des Tastverhältnisses bezeichnet; mit anderen Worten:

Ausgangssignal = Eingangssignal × k

Hierin bezeichnet k:

Somit ist das Ausgangssignal proportional zu folgendem Ausdruck:

Nach dem Kompensieren der Signale durch den Durchmesserkompensator 44 werden die Signale durch ein Tiefpaßfilter 46 geleitet, mittels dessen das hochfrequenzte elektronische bzw. elektrische Rauschen beseitigt wird. Ein solches Tiefpaßfilter ist in Fig. 8 dargestellt. In Fig. 9 ist der Deutlichkeit halber nur ein Tiefpaßfilter für das von dem Durchmesserkompensator 44 abgegebene Signal F3/Durchmesser dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden zwei in Reihe geschaltete Filter benutzt. Außerdem sind zwei weitere Filter für das dem Durchmesserkompensator 44 entnommene Signal F4/Durchmesser vorhanden. Die Widerstände von 150 Kiloohm und 2 Megaohm dienen zum Einstellen der Linearität und Flanken-Steilheit des Filters.

Von dem Tiefpaßfilter 46 aus werden die Signale F3 und F4 einem Rechner 48 zugeführt, der die Unwuchtkraft des Rades 12 nach den folgenden Gleichungen berechnet:

Hierin bezeichnet
F1 die Größe der Unwuchtkraft des Rades und des Reifens 14 auf der von dem Motor 18 abgewandten Seite der Felge,
F2 die Größe der Unwuchtkraft des Rades 12 und des Reifens 14 auf der Motor 18 näher benachbartenn Seite der Felge,
F3 die Größe der Kraft, die nach der Kompensation durch den Durchmesserkompensator 44 vom dritten Wandler 26c herrührt, und
F4 die Größe der Kraft, die nach der Korrektur durch den Addierer 42 und den Durchmesserkompensator 44 von den beiden Wandlern 26a und 26b herrührt.

Weiter bezeichnet a den Abstand zwischen der hinteren Randebene des auszuwuchtenden Gegenstandes und der Verbindungslinie der Wandler 26a und 26b, der zwischen einem Minimum von etwa 50 mm und einem Maximum von etwa 250 mm variiert. Hierbei besteht eine feste Komponente von etwa 50 mm und eine variable Komponente von etwa 200 mm.

Ferner bezeichnet f den Abstand zwischen dem Wandler 26c und der Verbindungslinie zwischen den Wandlern 26a und 26b; hierbei handelt es sich um eine feste Strecke von etwa 200 mm; c bezeichnet den Abstand zwischen der vorderen und der hinteren Randebene, der zwischen etwa 68 mm und einem Maximum von etwa 475 mm variiert. Somit sind eine feste Komponente von etwa 68 mm und eine variable Komponente von etwa 405 mm vorhanden.

Ein Beispiel für die Schaltung des Rechners 48 ist in Fig. 48 ist in Fig. 9 dargestellt. Bei den Schaltkreisen des Rechners 48 handelt es sich um negative Rückkopplungsverstärker bekannter Art. Im vorliegenden Fall werden jedoch die Eingangs- und Rückkopplungswiderstände mit Hilfe von Analogschaltern so gesteuert, daß ihre wirksamen Widerstandswerte derart variiert werden, daß sich eine Rechenschaltung ergibt, die analog zu der Vektortransformation ist, mittels welcher eine Beziehung zwischen den auf das Rad wirkenden Unwuchtkräften und den durch die Wandler erfaßten Kräfte hergestellt wird. Bezieht man sämtliche Abstände auf eine Einheitsstrecke von etwa 200 mm und benutzt man Analogschalter, bei denen das Tastverhältnis direkt proportional zu den variablen Teilen von a und c ist, kann man die additive Größe a(F3+F4)+fF3 mit Hilfe der in Fig. 9b gezeigten Schaltung darstellen. Um die Division durch c zu bewirken, wie sie durch die Gleichung 1 verlangt wird, wird der Rückkopplungswiderstand nach Fig. 9a durch das in Fig. 9c dargestellte Netzwerk ersetzt. Der Widerstand des Netzwerks nach Fig. 9c ist durch den Ausdruck 6R₂/(1+6c₁) gegeben, in dem c₁ das Tastverhältnis der variierenden Komponente von c bezeichnet. Diese Funktion variiert zwischen 6R₂ und dem 6/7fachen von R₂, wenn c von Null auf 1 übergeht. Hierbei handelt es sich um die erforderliche Funktion zum Darstellen einer Änderung von c von 2-2²/₃ auf 18²/₃, d. h. eine Änderung im Verhältnis von 7 : 1. Die Bezeichnung "4R₁ R₁" gilt für einen gleichwertigen Widerstand, der einen Widerstandswert von 4R₁ parallel zu R₁ hat. Um F2 zu berechnen, muß man eine besondere Komponente hinzufügen, um die Komponente c(F3+F4) darzustellen. Da c insgesamt um etwa 405 mm variiert, d. h. um das Doppelte der Basiseinheit von etwa 200 mm, muß der Widerstand, der an die Analoggatter angeschlossen ist, wobei das Tastverhältnis die Änderung von c bezeichnet, halb so groß sein wie die mit den a-Analoggattern verbundenen Widerstände. Wenn man die zusätzlichen Widerstände 4R und 3R vorsieht, welche die festen bzw. nicht variierenden Komponenten von a und c repräsentieren, erhält man schließlich die in Fig. 9d dargestellte Schaltung. Die Rückkopplungskondensatoren dienen zum Integrieren der auf das Zerhacken zurückzuführenden Unregelmäßigkeiten, die sich anderenfalls bis zum Ausgang fortpflanzen würden.

Von dem Rechner 48 aus werden die berechneten Werte der Unwuchtkräfte F1 und F2 einer Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichterschaltung 50 zugeführt, bei der es sich einfach um eine Verstärkerstufe handelt, welche die Rotationsfrequenzkomponente durchläßt und sie danach einer Halbweggleichrichtung unterzieht. Ein Beispiel für eine solche Anordnung für die Unwuchtkraft F1 ist in Fig. 10 dargestellt. Für die Unwuchtkraft F2 ist eine zweite ähnliche Schaltung vorhanden. Während des Meßvorgangs lassen die beiden Elektrolytkondensatoren 120 nur die von der Rechnerschaltung abgegebenen variierenden Spannung zu dem Trennverstärker 122 gelangen, während nicht variierenden Gleichspannungen zurückgehalten werden. Vor dem Meßvorgang wird der Analogschalter 124 geschlossen gehalten, um den Eingang des Trennverstärkers 122 zu erden und Gleichspannungen von der Rechenschaltung fernzuhalten. Die Langzeitkonstante der beiden Elektrolytkondensatoren 120 und des Widerstandes 126 sind so gewählt, daß die alternierenden Spannungen ungehindert durchgelassen werden. Der Trennverstärker 122 läßt das Signal zu dem Überschneidungsdetektor 63 (zur Bestimmung der Lage der Unwucht) sowie zu einer Halbweggleichrichterschaltung bekannter Art mit einem Verstärker 128 und einem Gleichrichter 130 gelangen. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird mit Hilfe eines Potentiometers 132 eingestellt, bevor es zu dem Drehzahlkompensator 52 weitergeleitet wird.

Da die Signalamplitude der Kraft entsprechend dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 variiert, gilt

F = mw²r

Hierin bezeichnet
m die Massenunwucht (Kompensationsmasse)
w de Winkelgeschwindigkeit
r den Radius des rotierenden Körpers.

Um die Massenunwucht (Kompensationsmasse), d. h.

zu ermitteln, ist es erforderlich, die Änderung des Radius zu kompensieren (was mit Hilfe des Durchmesserkompensators 44 geschehen ist) und die Winkelgeschwindigkeit dadurch zu kompensieren, daß die Signale durch die zum Quadrat erhobene Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 geteilt wird. Bei der elektronischen Recheneinrichtung 40 nach Fig. 5 geschieht dies mit Hilfe zweier Schritte. Erstens teilt der Drehzahlkompensator 52 das Signal durch die Winkelgeschwindigkeit des Rades 12. Ein Beispiel für einen Drehzahlkompensator 52 für F1 ist in Fig. 11 dargestellt. Für F2 ist eine zweite Schaltung ähnlich derjenigen nach Fig. 11 vorhanden. Der Analogschalter 140 unterbricht den Strom, der von der Halbweggleichrichteranordnung 50 zu einem spannungsgeregelten Oszillator 54 fließt, mit einem Tastverhältnis (Einschaltzeit) als Teil (der gesamten Zykluszeit), der proportional zum reziproken Wert der Radgeschwindigkeit ist.

Von dem Drehzahlkompensator 52 aus werden die Signale dem spannungsgeregelten Oszillator 54 zugeführt, der von bekannter Art ist und dessen Impulsfrequenz zum mittleren Eingangssignal proportional ist. Die resultierenden Impulse werden mit Hilfe eines Anzeigezählers tabuliert. Da sich die Sinuswelle verlängert, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 abnimmt, so daß die Signalfrequenz zurückgeht, wird ein weiterer Kompensationsfaktor eingeführt, der proportional zum reziproken Wert der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 ist. Somit werden die auf dem Bildschirm 56 erscheinenden Anzeigewerte entsprechend einem Faktor kompensiert, der proportional zum reziproken Wert des Quadrats der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 ist. Die angezeigten Werte gelten für die Unwuchtmasse auf der Innenseite bzw. der Außenseite der Felge des Rades 12.

Der elektronischen Recheneinrichtung 40 nach Fig. 5 wird auch das Signal des optischen Fühlers 30 zugeführt, das durch den Rechner 60 verwendet wird, um den reziproken Wert der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 zu berechnen, welcher dem Drehzahlkompensator 52 zugeführt wird. Ein Beispiel für einen solchen Rechner 60 ist in Fig. 12 dargestellt. Die von einem Hauptoszillator 150 abgegebenen Impulse mit einer Frequenz von 200 kHz werden durch eine Dividiereinrichtung 152 durch 2 geteilt und dann einem freilaufenden Zähler 154 zugeführt, der jeweils 384 Impulse (Null bis 383) zählt und sich dann zurückstellt. Am Anfang jedes von dem Fühler 30 abgegebenen optischen Impulses werden von dem Hauptoszillator 150 aus Impulse mit einer Frequenz von 200 kHz über eine Folgesteuereinrichtung 156 einem Umdrehungzähler 158 zugeführt. Die Folgesteuereinrichtung 156 unterbricht diese Impulse, sobald der nächste Impuls des optischen Fühlers beginnt. Die Anzahl der durch den Umdrehungszähler 158 während eines vollständigen Impulses des optischen Fühlers gezählten Impulse ist umgekehrt proportional zur Drehzahl des Rades, d. h. bei einer höheren Raddrehzahl erhält der Umdrehungszähler 158 eine kleinere Anzahl von Impulsen, während bei niedrigeren Drehzahlen eine höhere Anzahl von Impulsen zur Verfügung steht. Der Rücksetzimpuls der Folgesteuereinrichtung 156 wird benutzt, um den Inhalt des Umdrehungszählers 158 beim nächsten Impuls des Oszillators in ein Halteregister 160 zu überführen und unmittelbar danach den Umdrehungszähler 158 auf Null zurücksetzen. Unter Vernachlässigung des niedrigstwertigen Bits zur Berücksichtigung der durch 2 teilenden Schaltung vor dem Zählergebnis 384 des Zählers 154 wird der Inhalt des Umdrehungszählers 158, der in der beschriebenen Weise in das Halteregister 160 überführt worden ist, mit dem Stand des Zählers 154 für 384 Einheiten verglichen. Wenn eine Übereinstimmung auftritt, bewirkt ein Koinzidenzdetektor 126, auf einen bistabiles Kippglied 164 das Ausgangssignal auf einen niedrigen Wert einstellt. Das Ausgangssignal behält seinen niedrigen Wert bei, bis der Zähler 154 den Stand Null erreicht und sich zurückstellt, woraufhin das Ausgangssignal auf einen hohen Wert umgeschaltet wird, so daß ein Wellenzug entsteht. Die Periode dieses Wellenzuges ist gleich der Zählperiode des Zählers 154. Das Tastverhältnis (Einschaltzeit als Teil der gesamten Periode) ist proportional zum reziproken Wert der Drehzahl des Rades.

Von dem optischen Fühler 30 aus gelangt das Signal ferner zu dem Drehzahlrechner 62, der die Drehzahl des umlaufenden Rades 12 bestimmt und ebenfalls auf bekannte Weise ausgebildet ist. Von dem Drehzahlrechner 62 aus gelangt das Signal zu einem Drehzahlwächter 64, der dazu dient, die Leistungsaufnahme des Motors 18 zu regeln und den Motor 18 abzuschalten, wenn die Drehzahl des Rades 12 über dem Sollwert liegt. Auch der Drehzahlwächter 64 ist von bekannter Konstruktion. Das Signal des optischen Fühlers 30 wird weiterhin einem Aufwärts/Abwärts-Zähler 66 zugeführt, der auch Eingänge für die Signale des Nulldurchgangsdetektors 63 aufweist und dazu dient, die Lage der Unwucht in der betreffenden Ebene des Rades anzuzeigen. Wenn das analoge Signal die Spannung Null durchläuft, erzeugt der Nulldurchgangsdetektor 63 einen Impuls, mittels dessen der Aufwärts/Abwärts-Zähler 66 zurückgesetzt wird, wobei eine digitale Zahl an einem Stellungskalibrierschalter eingestellt wird. Wenn sich danach die Zähne des Rades des optischen Fühlers in der Vorwärts- oder Rückwärtseinrichtung an dem optischen Fühler vorbeibewegen, werden dem Zähler 66 additive oder subtraktive Zähleinheiten zugeführt, um die jeweilige Stellung des Rades gegenüber dem Nullpunktdurchgang zu erfassen. Wenn bei dem Kalibrierschalter die richtige digitale Zahl eingestellt worden ist, ist es möglich, mit Hilfe des Bildschirms anzuzeigen, wo das Rad angeordnet sein müßte, um zu erreichen, daß sich die Unwucht in der tiefsten Totpunktstellung befindet. Im vorliegenden Fall geschieht dies beim Erreichen des Zählergebnisse 04. In diesem Zeitpunkt leuchtet auf dem Bildschirm 56 nur ein grünes Licht auf. Außerdem wird bei Zählergebnissen, die um 1 über oder unter dieser Zahl liegen, eine gelbe Lampe auf der betreffenden Seite der grünen Lampe eingeschaltet, um zu zeigen, in welcher Richtung das Rad gedreht werden muß, um die Unwucht in die untere Totpunktlage zu bringen. Bei Zählergebnissen, die weiter von 04 abweichen, werden auf der betreffenden Seite rote Anzeigelampen eingeschaltet. Die Zählergebnisse, bei denen die gelben, roten und grünen Lampen eingeschaltet werden, überlappen sich etwas, um der Bedienungsperson ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie sie das Rad so schnell und genau wie möglich in die Totpunktlage bringen kann. Die hierzu dienende Schaltung ist als solche bekannt. Das Ergebnis wird auf einem Bildschirm 68 dargestellt.

Zwar wurde die elektronische Recheneinrichtung 40 vorstehend bezüglich der Verwendung analoger Bauteile beschrieben, doch sei bemerkt, daß man hierbei auch digitale Verfahren anwenden könnte, z. B. unter Benutzung von Mikroprozessoren mit einem zugehörigen Speicher. Beim Gebrauch von Mikroprozessoren in Verbindung mit digitalen Verfahren würde es erforderlich sein, zusätzlich Abschirmungselemente vorzusehen, denn in der Umgebung, in welcher die Vorrichtung 10 zu benutzen wäre, würden zahlreiche elektrische Störungen zu erwarten sein.

Die beschriebene Vorrichtung bietet zahlreiche Vorteile. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß nicht mit einem Getriebe (Riementrieb oder dergleichen) gearbeitet wird. Ein solches Getriebe ist eine Quelle der Unzuverlässigkeit, führt zu einem komplizierten Aufbau der Unwuchtmaschine und verteuert diese. Dadurch, daß das Rad 12 mit dem Reifen 14 direkt auf die Welle 16 aufgesetzt wird, läßt sich eine Verringerung der benötigten Bauteile erzielen. Gleichzeitig verbessert sich die Zuverlässigkeit, da keine sich abnutzenden Bauteile vorhanden sind. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Größe der Kraft und damit auch die Masse der Unwucht bei vorbestimmten, diskreten Umlaufgeschwindigkeiten gemessen wird, ist es bei der beschriebenen Vorrichtung möglich, eine Messung und Berechnung der Größe der Unwucht kontinuierlich in der Zeitspanne durchzuführen, während der die Drehgeschwindigkeit des auszuwuchtenden Gegenstandes abnimmt. Unwuchtsignale, die während dieser Auslaufperiode gewonnen werden, haben einen erheblich geringeren Rauschpegel oder Fehlergehalt als es bei Vorrichtungen der Fall ist, bei denen die Signale im engen Drehzahlbereich gewonnen werden. Die Meßwerte werden über mehrere Umdrehungen ausgemittelt, wodurch die bei dem System auftretenden Fehler verkleinert werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines auszuwuchtenden Gegenstandes, insbesondere eines Fahrzeugrades, der eine vordere und eine hintere, einen Abstand aufweisende Randebene besitzt, mit

• - einem Motor, der eine Welle aufweist, auf die der auszuwuchtende Gegenstand aufspannbar ist,
• - Wandlern zum Erfassen der Größe der Unwuchtkräfte während der Drehung des auszuwuchtenden Gegenstandes, die zwischen einer waagerechten Platte und dem Motor angeordnet sind,
• - einem Drehwinkelgeber zur Erzeugung eines Drehwinkelsignals in Abhängigkeit von der Drehung des auszuwuchtenden Gegenstandes, und
• - einer elektronischen Recheneinrichtung zum Berechnen der Größe und der Winkellage der Unwucht für jede Randebene aufgrund der Signale der Wandler und des Drehwinkelgebers,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - drei Wandler (26; 26a, 26b, 26c) vorgesehen sind, wobei der erste und der zweite Wandler (26a, 26b) auf einer Verbindungslinie angeordnet sind, die senkrecht zur Welle (16) in der waagerechten Platte (23) verläuft, und der dritte Wandler (26c) in Richtung der Welle (16) angeordnet ist, so daß die drei Wandler (26a, 26b, 26c) ein gleichschenkliges Dreieck bilden, dessen Basis dem auszuwuchtenden Gegenstand benachbart ist,
• - eine Einrichtung zum Unterbrechen der Energiezufuhr zum Motor (18) vorgesehen ist, um ein antriebsloses Auslaufen unter Abnahme der Drehzahl von Motor (18) und daran aufgespannten auszuwuchtenden Gegenstand (Rad 12, Reifen 14) zu erreichen,
• - die elektronische Recheneinrichtung (40) zum kontinuierlichen Berechnen der Größe und der Winkellage während der Abnahme der Drehzahl ausgebildet ist und hierzu umfaßt:
• - eine Rechnereinrichtung (Addierer 42, Durchmesserkompensator 44, Tiefpaßfilter 46, Rechner 48, Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichterschaltung (50) zum Berechnen von Unwuchtkräften F₁ und F₂ für die vordere und hintere Randebene des auszuwuchtenden Gegenstandes gemäß
  F₁ = [a · (F₃+F₄)+f · F₃] : c
  F₂ = [(a+c) · (F₃+F₄)+f · F₃] : c
  mit
  a: Abstand der Verbindungslinie des ersten und zweiten Wandlers (26a, 26b) von der hinteren Randebene des auszuwuchtenden Gegenstandes
  f: Abstand des dritten Wandlers (26c) von der Verbindungslinie, gemessen zum Mittelpunkt der Verbindungslinie zwischen erstem und drittem Wandler (26a, 26c)
  c: Abstand der vorderen und der hinteren Randebene
  F₃ und F₄: gemittelte und durchmesserkompensierte Meßsignale der Wandler (26a, 26b, 26c),
• - eine Rechnereinrichtung (Drehzahlkompensator 52, Oszillator 54, Rechner 60) zum Berechnen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ aus den Unwuchtkräften F₁, und F₂ und der Drehwinkelgeschwindigkeit w gemäß
  m₁ = F₁/w²r
  m₂ = F₂/w²r
  mit r: Radius des auszuwuchtenden Gegenstandes, sowie
• - eine Rechnerenrichtung (Nulldurchgangsdetektor 63, Aufwärts/Abwärts-Zähler 66) zum Berechnen der Drehstellung zum Anbringen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ am auszuwuchtenden Gegenstand.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung zum Berechnen der Unwuchtkräfte F₁ und F₂ einen Addierer (42) zur Mittelwertbildung der Signale des ersten und zweiten Kraftwandlers (26a, 26b) und einen Durchmesserkompensator (44) aufweist, der das gemittelte Signal und das Signal des dritten Kraftwandlers (26c) durch den Durchmesser D des auszuwuchtenden Gegenstandes teilt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung zum Berechnen der Unwuchtkräfte F₁ und F₂ ein dem Durchmesserkomparator (44) nachgeschalteten Tiefpaßfilter (46) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung zum Berechnen der Unwuchtkräfte F₁ und F₂ ausgangsseitig eine Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichterschaltung (50) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung zum Berechnen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ einen Reziprokwert-Bildner (Rechner 60) der Drehwinkelgeschwindigkeit w und einen Drehzahlkompensator (52) aufweist, der die Unwuchtkräfte F₁ und F₂ durch die Drehwinkelgeschwindigkeit dividiert oder mit der reziproken Drehwinkelgeschwindigkeit 1/w multipliziert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der Rechnereinrichtung zum Berechnen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ ein spannungsgesteuerter Oszillator (54) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnereinrichtung zum Berechnen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ eine Anzeigevorrichtung (Bildschirm 56) nachgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinrichtung zum Berechnen der Drehstellung zum Anbringen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ einen Aufwärts/Abwärts-Zähler (66) für Meßimpulse enthält, die das Drehwinkelsignal darstellen, und von einem Nulldurchgangsdetektor (63) gesteuert wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechnereinrichtung zum Berechnen der Drehstellung zum Anbringen der Kompensationsmassen m₁ und m₂ Mittel zur Anzeige (Bildschirm 68) zugeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterbrechen der Energiezufuhr zum Motor (18) einen Drehzahlrechner (62) und einen Drehzahlwächter (64) enthält, der beim Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl die Stromzuführung zum Motor (18) unterbricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (18) ein achtpoliger Asynchronmotor ist.