DE4037745C2 - Auswuchtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswuchtmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Maschine ist aus der Firmenschrift der Gebr. Hofmann KG mit dem Titel "Elektronisch-dynamische Vertikal-Auswuchtmaschinen/Konstruktive Grundzüge, Meß- und Ausgleichsverfahren", Impressum 9621 348 11-73 bekannt. Bei dieser bekannten Maschine ist der Hydraulikzylinder der Einrichtung zum Freigeben des auszuwuchtenden Körpers neben der Hohlwelle angeordnet, und der Kolben des Hydraulikzylinders ist über einen Hebelmechanismus mit der Zugstange verbunden. Der Motor ist außerhalb des Gehäuses angeordnet und treibt über eine Doppelgelenkwelle die Hohlwelle an.

Der neben dem Gehäuse angeordnete Hydraulikzylinder und der Antrieb der Hohlwelle über eine Doppelgelenkwelle führen zu einer aufwendigen Konstruktion und einem hohen Raumbedarf der bekannten Auswuchtmaschine.

Aus der DE 28 13 387 A1 ist eine ähnliche Aufwuchtmaschine bekannt, bei der die Hohlwelle über einen Keilriemen durch den Motor angetrieben wird. Der Hydraulikzylinder ist koaxial fluchtend zur Hohlwelle angeordnet, so daß die Abmessungen gegenüber der zuvor beschriebenen gattungsgemäßen Auswuchtmaschine verringert sind. Die Zugstange ist an ihrem von dem auszuwuchtenden Körper entfernten Ende mit dem Kolben des Hydraulikzylinders verbunden. Der Kolben wird zur Befestigung des auszuwuchtenden Körpers durch Hydraulikfluid und zum Freigeben des Körpers durch eine Schraubendruckfeder beaufschlagt.

Die Zugstange erstreckt sich zwangsläufig bis in den Hydraulikzylinder hinein und ist im Kolben drehbar gelagert. Dies erfordert nicht nur ein hochwertiges Lager im Kolben, sondern auch eine relativ aufwendige Abdichtung der Zugstange, die sich mit der hohlen Welle mit hoher Drehzahl dreht, im Zylinderdeckel und innerhalb des Kolbens selbst. Da der Kolben seinerseits längsverschiebbar ist und von der einen Seite mit dem Fluiddruck, von der anderen Seite durch Federkraft beaufschlagt wird, ist die Lagerung und Abdichtung der sich rasch drehenden Welle innerhalb des Kolbens problematisch. Die Verschleißanfälligkeit dieser Konstruktion liegt auf der Hand. Die zweimalige Abdichtung der Zugstange und die Lagerung im Kolben führen zu zusätzlichen Reibungsverlusten. Im übrigen ist es erforderlich, beim Anlaufen der hohlen Welle auch die Zugstange jeweils über ihre gesamte Länge zu beschleunigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Auswuchtmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik konstruktiv vereinfacht ist, einen geringen Energiebedarf aufweist und weniger verschleißanfällig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 097 721 A1 ist eine Auswuchtmaschine bekannt, bei der der Stator eines Elektromotors innerhalb des Maschinengehäuses angeordnet und der Läufer auf dem Umfang der Welle gegenüber dem Stator befestigt ist. Die Welle weist an einem Ende Einrichtungen zur Befestigung des zu prüfenden Körpers auf. Weitere Übereinstimmungen mit der Erfindung bestehen nicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer dritten Ausführungsform.

Die in den Figuren dargestellte Auswuchtmaschine umfaßt ein Gehäuse 23, das auf einem Maschinengestell 21 montiert ist. Ein Stator 24 eines Hochfrequenzmotors befindet sich in dem Gehäuse 23, und eine drehbare Hohlwelle 27 ist in Lagern 25, 26 innerhalb des Gehäuses an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses koaxial zu dem Stator 24 abgestützt. Ein Läufer 28 des Motors ist an der drehbaren Hohlwelle 27 auf deren äußerem Umfang gegenüber dem Stator 24 befestigt. Die drehbare Hohlwelle 27 weist ein Ende auf, an dem der auszuwuchtende Körper 29 befestigt werden kann.

Die Hohlwelle 27 weist im Inneren Einrichtungen 33 zur Befestigung des auszuwuchtenden Körpers auf. Das Gehäuse 23 weist vorzugsweise auf der Außenseite Einrichtungen 44 zum Freigeben des auszuwuchtenden Körpers auf.

Der auszuwuchtende Körper 29 kann an der drehbaren Hohlwelle 27 mit Hilfe eines Futters 31 befestigt werden.

Die Lager 25, 26 können Schulterkugellager oder Fluidlager sein.

Der auszuwuchtende Körper 29 wird an der drehbaren Hohlwelle 27 des Hochfrequenzmotors befestigt. Dadurch werden die Schwierigkeiten ausgeschaltet, die sich aufgrund fehlender Steifigkeit und Ausrichtung sowie durch Vibrationen ergeben, die beispielsweise auf einem Spiel der in der bekannten gattungsgemäßen Auswuchtmaschine verwendeten Doppelgelenkrolle 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 Hochlaufen unter schwerer Belastung ermöglicht.

Die Auswuchtmaschine ist sehr einfach aufgebaut, so daß der auszuwuchtende Körper direkt mit der drehbaren Hohlwelle 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 Werkzeugmaschinen, die in den letzten Jahren für hohe Drehzahlen von über 10 000 l/Min. ausgelegt worden sind und deren drehbare Teile auf eine Unwucht 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 gering. Eine Inverter-Steuerung ermöglicht ein glattes Hochlaufen unter schwerer Last.

Wenn Fluidlager als Lager 25, 26 zur Abstützung der drehbaren Hohlwelle 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 Hohlwelle 27 trägt den Läufer 28 des Hochfrequenzmotors im wesentlichen in ihrem Mittelbereich. Der Läufer 28 liegt gegenüer und koaxial zu dem Stator 24. Die Hohlwelle 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 auszuwuchtende Kör­ per 29 ist an der Muffe 30 mit Hilfe des Futters 31 festgelegt. Unterhalb der Muffe 30 ist die Hohlwelle 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 Hohlwelle 27 erstreckt sich nach unten von dem Spannbacken-Öffnungsbereich 32 und bildet hier einen Abschnitt 34, der zur Aufnahme der Einrichtung 33 zur Befestigung des auszuwuchtenden 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 Einrichtung 33 zur Befestigung des auszuwuchtenden 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 Druckfeder 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 drehbaren Hohlwelle 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 Hohlwelle 27 aus.

Das Futter 31 besitzt auf seinem oberen Ende Gewindebohrungen 40 zum Be­ festigen des auszuwuchtenden 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 36a der Spanneinrichtung 36 gehalten und nach unten gezogen.

Mit 42 ist eine Scheibe zur Winkelanzeige bezeichnet, die das obere Ende der Hohlwelle 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 auszuwuchtenden 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 Hydraulikzylinder 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 auszuwuchtende Körper 29 freigege­ ben wird.

Ein Rotationssensor 49 ist am oberen Ende des zylindrischen Gehäuses 45 angebracht. Signale des Rotationssensors 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 auszuwuchtende 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 Hydraulikzylinder 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 Spannbacken-Öff­ nungsbereich 32 in Stellung gebracht. Anschließend wird das Futter 31 mit dem an diesem angebrachten auszuwuchtenden 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 Hydraulikzylinder 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 Druckfeder 39 nach unten gedrückt, so daß der Zugzap­ fen 41 durch die Spanneinrichtung 36 nach unten gezogen und fest in der drehbaren Hohlwelle 27 blockiert wird.

Wenn der auszuwuchtende Körper 29 auf diese Weise am oberen Ende der Hohlwelle 27 befestigt ist, wird der Läufer 28 des Hochfrequenzmotors 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 drehbaren Hohlwelle 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 Hohlwelle 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 Luftfilme 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 57 bildet sich zwischen der inne­ ren Umfangsfläche der Hülse 56 und dem unteren Bereich der Hohlwelle 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 Hohlwelle 27 und den La­ gern 25, 26, so daß die Hohlwelle 27 schwimmt und berührungsfrei gedreht wird.

Die zweite Ausführungsform arbeitet in gleicher Weise wie die erste Ausfüh­ rungsform und hat dieselben 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 Hohlwelle 27 für den auszuwuchtenden Körper 29 als Bohrung ausgebildet ist, die denselben Kegel­ winkel aufweist wie der kegelförmige Schaft 29a des auszuwuchtenden Körpers 29, etwa eines Drehwerkzeughalters, so daß der auszuwuchtende Körper 29 direkt an der Hohlwelle 27 befestigt werden kann. Der Zugzapfen 41 wird in den auszuwuchtenden 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 auszuwuchtende Körper 29 fest verriegelt ist. Eine Steuer­ schaltung kann eine Drehung der Hohlwelle 27 verhindern, solange nicht die Ver­ riegelung des Körpers abgetastet wird. Dadurch erhöht sich die Sicherheit.

Claims (5)

1. Auswuchtmaschine mit

• - einem an einem Maschinengestell (21) befestigten Gehäuse (23), in dem eine durch einen Motor angetriebene Hohlwelle (27) in Lagern (25, 26) drehbar gelagert ist,
• - einer der Hohlwelle (27) an deren einem Ende zugeordneten Einrichtung (33) zur Befestigung eines auszuwuchtenden Körpers (29), die eine Spanneinrichtung (36) zum lösbaren Halten eines mit dem auszuwuchtenden Körper (29) zu verbindenden Zugzapfens (41) und eine damit verbundene, koaxial in der Hohlwelle (27) angeordnete Zugstange (37) umfaßt, welcher Zugstange (37) zur Befestigung des auszuwuchtenden Körpers (29) durch eine Druckfeder (39) eine Kraft aufprägbar ist, und
• - einer Einrichtung (44) zum Freigeben des auszuwuchtenden Körpers (29), die einen Hydraulikzylinder (46) umfaßt mit einem Kolben (47) zum Aufprägen einer Kraft auf die Zugstange (37) zum Freigeben des auszuwuchtenden Körpers (29) entgegen der von der Druckfeder (39) erzeugten Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Hydraulikzylinder (46) eine Kolbenstange (48) aufweist und koaxial fluchtend zur Hohlwelle (27) angeordnet ist,
• - die Kolbenstange (48) zur Befestigung des auszuwuchtenden Körpers (29) außer Eingriff mit der Zugstange (37) ist und zum Freigeben des auszuwuchtenden Körpers (29) mit der Zugstange (37) in Eingriff ist, so daß die Druckfeder (39) belastet wird, und
• - der Motor ein Hochfrequenz-Elektromotor ist, dessen Stator (24) innerhalb des Gehäuses (23) koaxial zur Hohlwelle (27) angeordnet ist und dessen Läufer (28) auf dem äußeren Umfang der Hohlwelle (27) gegenüber dem Stator (24) befestigt ist.

2. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Futter (31) zur Aufnahme des auszuwuchtenden Körpers (29) mit der Hohlwelle (27) verbunden ist.

3. Aufwuchtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (25, 26) Schulterkugellager sind.

4. Aufwuchtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (25, 26) Fluidlager sind.

5. Auswuchtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (47) des Hydraulikzylinders (46) mit Hilfe einer zweiten Feder derart vorgespannt ist, daß bei Abschalten des hydraulischen Drucks zwischen den einander zugewandten Stirnseiten der Kolbenstange (48) und der Zugstange (37) ein Spalt entsteht.