DE4037745A1 - Auswuchtmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Auswuchtmaschine zum Messen einer Restun
wucht von drehbaren Körpern, etwa Rotationswerkzeugen.
Fig. 4 und 5 der Zeichnung, auf die bereits hier Bezug genommen werden
soll, zeigen zwei vergleichbare herkömmliche Auswuchtmaschinen.
In Fig. 4 ist ein zu prüfender Gegenstand 1 gezeigt, der lösbar an einer dreh
baren Welle 2 befestigt ist. Die drehbare Welle 2 wird durch schwingende La
ger 2a und Stützfedern 3 abgestützt.
Ein Kugelgelenk ist mit 4, eine Antriebswelle mit 5 und ein Motor mit 6 be
zeichnet. Die Antriebsleistung des Motors 6 wird auf den Körper 1 über eine
Riemenscheibe 7, einen Riemen 9, eine Riemenscheibe 8, die Antriebswelle
5 und das Kugelgelenk 4 übertragen. Ein Aufnehmer ist mit 10, eine Un
wucht-Meßschaltung mit 11 und eine Unwucht-Anzeige mit 12 bezeichnet.
Weiter vorgesehen sind ein Phasensensor 13, ein Unwucht-Winkeldetektor
14 und ein Zeiger 15 für die Winkelposition der Unwucht.
Die in Fig. 5 gezeigte Maschine unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 4
dadurch, daß die Antriebswelle 17 des Antriebs 16 mit der drehbaren Welle
2 über eine flexible Verbindung 8 verbunden ist.
Bei beiden bekannten Maschinen wird die drehbare Welle 2, die den zu mes
senden Körper 1 trägt, durch die Antriebswelle 5 (17) über das Gelenk oder
die Verbindung 4 (18) gedreht, so daß die Antriebswelle 5 (17) und das Ge
lenk 4 (18) eine geringe Steifigkeit aufweisen, und die drehbare Welle 2, das
Gelenk 4 (18) und die Antriebswelle 5 (17) sind nicht genau miteinander
ausgerichtet. Außerdem haben die beiden Wellen ein gewisses Spiel zueinan
der in Drehrichtung. Es ist daher nicht möglich, mit den herkömmlichen
Maschinen einen Gegenstand 1 bei hohen Drehzahlen oberhalb von 5000
l/Min. zu untersuchen.
Obgleich die drehbare Welle 2, die den Körper 1 trägt, drehbar durch die La
ger 2a abgestützt ist, hat es sich als nicht möglich erwiesen, die Welle mit
hoher Drehzahl zu drehen, sofern nicht höchst präzise Kugellager verwendet
werden, da Schwingungen aufgrund von Änderungen des Durchmessers der
Stahlkugeln und der Kugelform dieser Kugeln auftreten. Die Herstellung von
genau arbeitenden Auswuchtmaschinen für hohe Drehzahlen ist daher nur be
grenzt möglich gewesen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine genau arbeitende Aus
wuchtmaschine zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und Messungen bei ho
her Drehzahl mit guter Stabilität ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine erste Ausfüh
rungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer
zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer
dritten Ausführungsform;
Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen von bekannten Vor
richtungen.
Die erfindungsgemäße Auswuchtmaschine umfaßt ein Gehäuse 23, das auf ei
nem Maschinengestell 21 montiert ist. Ein Stator 24 eines Hochfrequenzmo
tors befindet sich in dem Gehäuse 23, und eine drehbare Welle 27 ist in La
gern 25, 26 innerhalb des Gehäuses an gegenüberliegenden Enden des Ge
häuses koaxial zu dem Stator 24 abgestützt. Ein Läufer 28 des Motors ist an
der drehbaren Welle 27 auf deren äußerem Umfang gegenüber dem Stator 24
befestigt. Die drehbare Welle 27 weist ein Ende auf, an dem der zu untersu
chende Körper 29 befestigt werden kann.
Die Welle 27 ist vorzugsweise hohl und weist im Inneren Befestigungseinrich
tungen 33 zum Befestigen des untersuchten Körpers auf. Das Gehäuse 23
weist vorzugsweise auf der Außenseite Einrichtungen 44 zum Freigeben des
Körpers auf.
Der Körper 29 kann an der drehbaren Welle 7 mit Hilfe eines Futters 31 be
festigt werden.
Die Lager 25, 26 können Schulterkugellager oder Fluidlager sein.
Der zu prüfende Körper 29 wird an der drehbaren Welle 27 des Hochfre
quenzmotors befestigt. Dadurch werden die Schwierigkeiten ausgeschaltet,
die sich aufgrund fehlender Steifigkeit und Ausrichtung sowie durch Vibratio
nen ergeben, die beispielsweise auf einem Spiel des Gelenks beruhen, so daß
die drehbare Welle mit hoher, gesteuerter Drehzahl bei guter Stabilität und
Genauigkeit gedreht werden kann. Zugleich erhöht sich die Belastbarkeit mit
zunehmender Drehzahl bei verringerten Lagerverlusten und verringerten
Luftwiderstandsverlusten, während eine Inverter-Steuerung ein glattes Hoch
laufen unter schwerer Belastung ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Auswuchtmaschine ist sehr einfach aufgebaut, so daß
der zu testende Körper direkt mit der drehbaren Welle 27 gekoppelt werden
kann, die den Läufer 28 eines Hochfrequenzmotors in einem Bereich trägt.
Durch die Ankoppelung werden daher keine Schwingungen oder Dreh- oder
Biegebelastungen erzeugt. Der Körper kann daher mit hoher Drehzahl von
5000 bis 30 000 l/Min. bei hoher Genauigkeit gedreht werden, während
dies bisher nicht möglich war. Die Maschine ist daher verwendbar für Werk
zeugmaschinen, die in den letzten Jahren für hohe Drehzahlen von über
10 000 l/Min. ausgelegt worden sind und deren drehbare Teile auf eine Un
wucht hin zu prüfen sind.
Der Hochfrequenzmotor macht es möglich, kontinuierlich die Drehzahl von
niedrigen bis hohen Drehzahlen zu steuern. Dadurch ergibt sich eine stabile
Drehzahlregelung im Bereich hoher Drehzahlen. Die Belastbarkeit erhöht sich
mit steigender Drehzahl. Lagerverluste und Luftwiderstandsverluste sind ge
ring. Eine Inverter-Steuerung ermöglicht ein glattes Hochlaufen unter schwe
rer Last.
Wenn Fluidlager als Lager 25, 26 zur Abstützung der drehbaren Welle 27 ver
wendet werden, ist eine Drehung bei hoher Drehzahl möglich, die bei Ver
wendung üblicher Kugellager nicht in Betracht kommt.
Im einzelnen ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 das Maschinengestell 21
mit einer Aufnahmebohrung 22 mit senkrechter Achse versehen, in die das
Gehäuse 23 eingeschoben ist.
Das Gehäuse ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Der ringförmige
Stator 24 des Hochfrequenzmotors befindet sich im Mittelbereich der inne
ren Umfangsfläche des Gehäuses und konzentrisch zu diesem. Die beiden La
ger 25, 26 liegen oberhalb und unterhalb des Stators 24 in dem Gehäuse 23.
Die Welle 27 trägt den Läufer 28 des Hochfrequenzmotors im wesentlichen
in ihrem Mittelbereich. Der Läufer 28 liegt gegenüer und koaxial zu dem
Stator 24. Die Welle 27 erstreckt sich durch das Gehäuse 23 und wird an ih
ren Enden durch die Lager 25, 26 abgestützt. Sie ist an ihrem oberen Ende
erweitert und bildet hier eine kegelförmige Muffe 30. Der zu prüfende Kör
per 29 ist an der Muffe 30 mit Hilfe des Futters 31 festgelegt. Unterhalb der
Muffe 30 ist die Welle 27 mit einem Spannbacken-Öffnungsbereich 32 verse
hen, der im Durchmesser etwas größer als die Bohrung, aber kleiner als die
Muffe 30 ist. Die Bohrung der Welle 27 erstreckt sich nach unten von dem
Öffnungsbereich 32 und bildet hier einen Abschnitt 34, der zur Aufnahme
der Befestigungseinrichtung 33 zum Ziehen und Fixieren des Körpers 29
dient. Ein Federhalter 35 dient als Führung für eine Zugstange 37 und ist als
Abschnitt verringerten Durchmessers auf der Innenfläche des Mittelbereichs
des Abschnitts 34 der Welle ausgebildet. Eine Spanneinrichtung 36 liegt in
dem Federhalter 35 und ist in diesem aufwärts und abwärts verschiebbar.
Die Befestigungseinrichtung 33 zum Spannen und Fixieren des Körpers 29
umfaßt die Spanneinrichtung 36, die Eingriffskugeln 36a am oberen Ende
aufweist, die Zugstange 37, die mit dem unteren Ende der Spanneinrichtung
verbunden ist, und eine Schraubendruckfeder 39, die sich zwischen einem
Federhalter 38, der im Mittelbereich der Zugstange 37 befestigt ist, und dem
Federhalter 35 befindet. Die Druckfeder 39 drückt die Spanneinrichtung 36
stets nach unten.
Das untere Ende der hohlen, drehbaren Welle 27 erstreckt sich vom unteren
Ende des Gehäuses 23 aus nach unten. Das untere Ende 37a der Zugstange
37 tritt aus dem unteren Ende der drehbaren Welle 27 aus.
Das Futter 31 besitzt auf seinem oberen Ende Gewindebohrungen 40 zum Be
festigen des Körpers 29. Das untere Ende des Futters 31 weist die Form ei
nes geringfügig konischen Zapfens 31a auf. Ein Zugzapfen 41 ist in das untere
Ende des Zapfens 31a geschraubt. Der Zugzapfen 41 wird durch die Eingriffs
kugeln 46a der Spanneinrichtung 36 gehalten und nach unten gezogen.
Mit 42 ist eine Scheibe zur Winkelanzeige bezeichnet, die das obere Ende
der hohlen Welle 27 umgibt. Ein berührungsfrei arbeitender Schwingungs
sensor 43 befindet sich auf dem äußeren Umfang des oberen Endes des Ge
häuses 23.
Die Einrichtung 44 zum Freigeben des zu testenden Körpers 29 umfaßt ein
mit einem Boden versehenes zylindrisches Gehäuse 45, das am unteren Ende
des Gehäuses 23 angebracht ist, einen Hydraulikzylinder 46, der in dem Ge
häuse 45 liegt, einen Kolben 47 und eine Kolbenstange 48. Ein Fluid, bei
spielsweise Luft, wird dem Zylinder 46 durch eine Öffnung 46a am unteren
Ende zugeführt, so daß das obere Ende der Kolbenstange 48 nach oben ver
schoben wird und das untere Ende 37a der Zugstange 37 nach oben schiebt.
Dadurch öffnet sich die Spanneinrichtung 36, so daß der Körper 29 freigege
ben wird.
Ein Rotationssensor 49 ist am oberen Ende des zylindrischen Gehäuses 45
angebracht. Signale des Sensors 49 und des Schwingungssensors 43 gelangen
an ein Steuersystem, das die Ergebnisse der Schwingungsanalyse auf einem
Bildschirm anzeigt. Der Hochfrequenzmotor mit dem Stator 24 und dem Läu
fer 28 wird in bezug auf seine Drehung kontinuierlich von niedrigen bis zu
hohen Drehzahlen durch eine nicht gezeigte, inverter-gesteuerte Stromzu
fuhreinrichtung gesteuert.
Wenn der Körper 29, beispielsweise ein drehbarer Werkzeughalter, im Hin
blick auf eine Unwucht mit Hilfe des ersten Ausführungsbeispiels der Erfin
dung untersucht werden soll, wird er in eine Bohrung 31b des Futters 31
eingeschoben, nachdem er von der entsprechenden Maschine entfernt wor
den ist. Anschließend wird Luft in den Fluidzylinder 46 durch die Öffnung
46a am unteren Ende eingelassen, und das untere Ende 37a der Zugstange
37 wird durch die Kolbenstange 48 nach oben geschoben. Dadurch werden
die Eingriffskugeln 36a der Spanneinrichtung 36 in dem erweiterten Öff
nungsbereich 32 in Stellung gebracht. Anschließend wird das Futter 31 mit
dem an diesem angebrachten Körper 29 in die Muffe 30 eingeschoben, so
daß der Zugzapfen 41 zwischen die Kugeln der Spanneinrichtung 36 gelangt.
Die Luft wird sodann aus dem Fluidzylinder 46 abgelassen, so daß der Kolben
47 und die Kolbenstange 48 durch eine nicht bezeichnete Druckfeder nach
unten gedrückt werden und die Zugstange 37 freigeben. Diese wird ihrerseits
durch die Schraubendruckfeder 39 nach unten gedrückt, so daß der Zugzap
fen 41 durch die Spanneinrichtung 36 nach unten gezogen und fest in der
hohlen drehbaren Welle 27 blockiert wird.
Wenn der Körper 29 auf diese Weise am oberen Ende der Welle 27 befestigt
ist, wird der Rotor 28 durch eine nicht gezeigte, inverter-gesteuerte Strom
zufuhreinrichtung in Drehung versetzt, und die Drehung wird kontinuierlich
gesteuert von niedriger bis zu hoher Drehzahl von etwa 30 000 l/Min., so daß
der Körper in bezug auf seine Auswuchtung getestet wird.
Fig. 2 zeigt den Hauptbereich einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die La
ger 25, 26 der hohlen drehbaren Welle 27 Fluidlager, beispielsweise Luftlager,
sind. Im folgenden soll nur auf diesen Unterschied eingegangen werden.
Das obere Lager 25 umfaßt eine Schubplatte 50 in der Form eines Flansches,
der vom äußeren Umfang des oberen Bereichs der Welle 27 vorspringt, und
ringförmige poröse Platten 51 und 52, die im oberen Bereich des Gehäuses
23 liegen. Die Schubplatte 50 liegt zwischen den beiden porösen Platten 51
und 52, so daß dünne Lichtfilme 53 und 54 in Axial- und Radialrichtung ge
bildet werden. Ein Luftzufuhrkanal 55 erstreckt sich senkrecht durch das Ge
häuse 23 in dessen Axialrichtung und ist an der oberen Seite der oberen po
rösen Platte 51 und der unteren Seite der unteren porösen Platte 52 offen.
Das untere Lager 26 umfaßt eine poröse Hülse 56, die im unteren Bereich
des Gehäuses 23 liegt. Ein dünner Luftfilm 27 bildet sich zwischen der inne
ren Umfangsfläche der Hülse 56 und dem unteren Bereich der Welle 27. Der
Luftzufuhrkanal 55 des Gehäuses 23 weist eine Öffnung gegenüber dem äuße
ren Umfang der Hülse 56 auf.
Wenn Druckluft durch eine Zufuhröffnung 58 am unteren Ende des Gehäuses
23 durch den Luftzufuhrkanal 55 in die Lager 25, 26 geleitet wird, entstehen
die dünnen Luftfilme 53, 54, 57 zwischen der drehbaren Welle 27 und den La
gern 25, 26, so daß die Welle 27 schwimmt und berührungsfrei gedreht wird.
Die zweite Ausführungsform arbeitet in gleicher Weise wie die erste Ausfüh
rungsform und hat die selben Vorteile. Wenn die Teile genau bearbeitet und
montiert werden, arbeitet die zweite Ausführungsform bei hohen Drehzahlen
mit größerer Genauigkeit und Stabilität als die erste.
Fig. 3 zeigt den Hauptbereich einer dritten Ausführungsform, die sich von der
ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die Muffe 30 der hohlen
Welle 27 für den Körper 29 als Bohrung ausgebildet ist, die den selben Kegel
winkel aufweist wie der kegelförmige Schaft 29a des Körpers 29, etwa eines
Drehwerkzeughalters, so daß der Körper 29 direkt an der Welle 27 befestigt
werden kann. Der Zugzapfen 41 wird in den Körper 29 eingeschraubt.
Die dritte Ausführungsform arbeitet ebenso wie die beiden ersten Ausfüh
rungsformen und hat ebenfalls deren Vorteile.
Die beschriebenen Ausführungsformen können einen nicht gezeigten Sensor
aufweisen, der ermittelt, ob der Körper 29 fest verriegelt ist. Eine Steuer
schaltung kann eine Drehung der Welle 27 verhindern, solange nicht die Ver
riegelung des Körpers abgetastet wird. Dadurch erhöht sich die Sicherheit.
Claims (6)
1. Auswuchtmaschine, gekennzeichnet durch ein Maschinen-Gehäuse (23),
das an einem Maschinengestell (21) montiert ist, einen Stator (24) eines
Hochfrequenzmotors innerhalb des Gehäuses (23), eine drehbare Welle (27),
die durch Lager (25, 26) innerhalb des Gehäuses (23) an gegenüberliegenden
Enden des Gehäuses abgestützt wird, und einen Läufer (28), der in der dreh
baren Welle (27) auf dem äußeren Umfang gegenüber dem Stator (24) befe
stigt ist, welche Welle (27) an einem Ende Einrichtungen zur Befestigung des
zu prüfenden Körpers (29) aufweist.
2. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Welle (27) hohl ist und in dem Hohlraum Einrichtungen (33) zur Befestigung
des zu prüfenden Körpers enthält.
3. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die hohle Welle (27) ein Futter (31) zur Aufnahme des Körpers (29) auf
weist.
4. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lager (25, 26) Schulterkugellager sind.
5. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lager (15, 16) Fluidlager sind.
6. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gehäuse (23) eine Einrichtung (44) zum Lösen es zu prü
fenden Gegenstandes auf der der Befestigungsseite gegenüberliegenden Seite
aufweist.
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