DE4214574A1 - Auswuchteinrichtung fuer rotierende elemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswuchteinrichtung für rotierende Elemente, wie Schleifspindeln, Werkzeugspindeln, Kraftfahrzeug­ naben o. dgl., mit einem Unwuchtschwingungen des rotierenden Elements erfassenden Schwingungsaufnehmer, mit einem Dreh­ winkelgeber und mit Auswertemitteln zur Bildung von Unwucht­ signalen aus den Signalen des Schwingungsaufnehmers und des Drehwinkelgebers.

Aus der DE-AS 11 66 508 ist eine derartige Auswuchtein­ richtung bekannt, bei der der Drehwinkelgeber drehfest mit dem rotierenden Element verbunden ist. Ein Rechner errechnet aus den Signalen des Schwingungsaufnehmers und des Dreh­ winkelgebers Steuersignale für eine Ausgleichsbearbeitungs­ einrichtung, bei der ein Bohrer zur Bohrung von die Unwucht ausgleichenden Löchern in diesem Element entsprechend gesteuert wird. Der Nachteil der bekannten Auswuchteinrichtung besteht zum einen darin, daß eine sehr aufwendige Signal­ auswerteeinrichtung und Steuervorrichtung für die Aus­ gleichsbearbeitung erforderlich ist und daß zum anderen ein Unwuchtausgleich während der Drehung des rotierenden Elements nicht möglich ist.

Aus der DD 2 50 565 A1 sind zwar verstellbare Unwuchtmassen für eine Massenkraft-Kompensationseinrichtung bekannt, jedoch sind dort keine detaillierten Angaben enthalten, wie diese Unwuchtmassen im Hinblick auf der Erfassung von Meßsignalen zur Unwuchtbestimmung gesteuert werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Auswuchteinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, durch die bei rotierenden Elementen während der Rotation und bei unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit auf schnelle und einfache Weise ein Unwuchtausgleich erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im oder am rotierenden Element eine mitrotierende verstellbare Unwuchtmassenanordnung vorgesehen ist, die über ein Verbin­ dungselement drehfest mit dem Drehwinkelgeber verbunden ist und die zwei Teilmassensysteme mit bei gleicher Winkelge­ schwindigkeit gleich großen Fliehkräften besitzt, daß die Teilmassensysteme der Rotation überlagert um die Drehachse gegensinnig schwenkbar ausgebildet sind und daß in Abhängig­ keit der Unwuchtsignale im Sinne eines Unwuchtausgleichs be­ tätigbare Antriebsmittel zum Verdrehen der gesamten Unwuchtmassenanordnung relativ zum rotierenden Element und zum gegensinnigen Verschwenken der Teilmassensysteme vorgesehen sind.

Ein besonderer Vorteil dieser Auswuchteinrichtung besteht darin, daß das rotierende Element während des Betriebs im rotierenden Zustand ständig automatisch ausgewuchtet wird, so daß eine im Betrieb auftretende Unwucht sofort automatisch kompensiert wird. Der Betrieb kann dadurch kontinuierlich ohne Unterbrechungen ablaufen. Die Meßwerterfassung hierzu ist relativ einfach und kostengünstig realisierbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Auswuchteinrichtung möglich.

Die verstellbare Ausbildung der Teilmassensysteme kann beispielsweise gemäß dem Gegenstand der DD 2 50 565 A1 erfolgen, wobei die Teilmassensysteme zweckmäßigerweise in einer ent­ sprechenden Ausnehmung des rotierenden Elements angeordnet, vorzugsweise mittels Wälzlagern gelagert sind. Hierdurch wird eine sehr kompakte und gegen Beschädigungen geschützte An­ ordnung erzielt.

Die Auswertemittel weisen zur einfachen Erzeugung von Unwuchtsignalen eine die Signale des Schwingungsaufnehmers mit den Signalen des Drehwinkelgebers mutiplizierende Muitiplikator-Einrichtung auf, wobei vorzugsweise noch eine Integrationseinrichtung für die Signale der Multiplikatorein­ richtung vorgesehen ist, die noch als Filtereinrichtung zur Aus­ filterung von Störsignalen dient.

Bei einer besonders geeigneten Ausführung des Drehwinkel­ gebers bestehen dessen Signale aus zwei 90° zueinander versetzten sinusartigen Signalfolgen, deren Phasenlagen der jeweiligen Drehwinkelposition einer radial zur Drehachse der Unwuchtmas­ senanordnung durch den verschiebbaren Massenschwerpunkt ver­ laufenden Schwerpunktsgerade relativ zur Position des Schwin­ gungsaufnehmers zugeordnet sind. Bei der Multiplikation und Integration dieser beiden Signalfolgen entstehen zwei Unwucht­ signale, durch die die Drehwinkellage und der Betrag der Unwuchtmasse in einfacher Weise festlegbar ist. Eine besonders einfache Steuerung zum Unwuchtausgleich wird dadurch erreicht, daß das integrierte Signal einer der beiden Signalfolgen ein dem Unwuchtanteil in Richtung der Schwerpunktsgeraden propor­ tionales Signal und das integrierte Signal der anderen Signalfolge ein dem Unwuchtanteil senkrecht zur Richtung der Schwerpunktsge­ raden proportionales Signal ist.

Eine konstruktiv besonders einfache und günstige Ausgestaltung des Drehwinkelgebers wird dadurch erreicht, daß ein drehfest mit dem Verbindungselement verbundener, ein senkrecht zur Drehachse verlaufendes Magnetfeld erzeugender Permanentmagnet vor­ gesehen ist, wobei zwei senkrecht zueinander ausge­ richtete magnetfeldempfindliche Elemente nicht mitrotierend im Magnetfeld angeordnet sind. Diese magnetfeldempfindlichen Elemente sind zweckmäßigerweise Hall-Elemente, Hall-Dioden oder Feldplatten. Die vorstehend beschriebene einfache Signal­ zuordnung wird dadurch erreicht, daß die magnetfeldempfind­ lichen Elemente eine Winkellage relativ zur Winkellage des Magnetfeldes einnehmen, in der eine zum Zeitpunkt der Erzeu­ gung eines maximalen Unwuchtsignals im Schwingungsaufnehmer durch nur eine auf der Schwerpunktsgeraden angeordnete Masse das Magnetfeld in einem der magnetfeldempfindlichen Elemente ein maximales positives oder negatives Signal und im anderen kein Signal erzeugt.

Dieser Drehwinkelgeber kann in einfacher Weise auch gleich­ zeitig zur multiplikativen Verknüpfung verwendet werden, indem die magnetfeldempfindlichen Elemente mit den Signalen des Schwingungsaufnehmers beaufschlagt sind. Bei der Verwendung von Hall-Elementen können dann an den jeweils zweiten An­ schlüssen derselben direkt die multiplikativ verknüpften Signale abgegriffen und vorzugsweise der Integrationseinrich­ tung zugeführt werden. Als Drehwinkelgeber eignet sich auch ein mit dem Verbindungselement drehtfest verbundener Sinus- Cosinus-Generator mit entsprechender Winkellage bezüglich der erzeugten Ausgangssignale des Generators.

Die Verstelleinrichtung der Antriebsmittel zum Verdrehen der ge­ samten Unwuchtmassenanordnung kann in einfacher Weise in Ab­ hängigkeit der Polarität wenigstens des einen mit den Schwin­ gungsaufnehmer-Signalen multiplikativ verknüpften Signals des Drehwinkelgebers vorgegeben werden. Der Verstellvorgang läuft dann solange ab, bis das multiplikativ verknüpfte Signal zu Null wird.

Um den Verstellwinkel möglichst klein zu machen, kann in noch vorteilhafterer Weise die Verstellrichtung in Abhängigkeit der Polarität des Produkts der beiden multiplikativ ver­ knüpften Signale des Druckwinkelgebers erfolgen. Hierdurch ist gewährleistet, daß der Verstellwinkel maximal 90° beträgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert.

Es zeigen

Fig. 1 Eine Längsschnitt-Darstellung einer Auswuchteinrich­ tung als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer schematisch dargestellten Meß- und Steuer­ vorrichtung für die Antriebsmittel.

Fig. 2 eine schematisch perspektivische Darstellung des mit der Unwuchtmassenanordnung verbundenen Dreh­ winkelgebers zur Erläuterung der Wirkungsweise.

Fig. 3 Signalverläufe der Meß- und Steuervorrichtung und

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Drehrichtungsssteuerung für die Antriebsmittel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Werkzeugspindel 10 drehbar in einem Lagergehäuse 11 gelagert. Der Antrieb für die Werkzeugspindel 10 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Es ist jedoch eine große Vielzahl von ver­ schiedenen Antriebsvorrichtungen bekannt, die wahlweise ver­ wendet werden können. Am freien, werkzeugseitigen Ende der Werkzeugspindel 10 ist ein rotationssymmetrischer zylinder­ förmiger Hohlraum 12 vorgesehen, in dem eine Unwuchtmassenan­ ordnung 13 drehbar gelagert ist und der durch einen Deckel 14 abgeschlossen ist. Eine derartige Unwuchtmassenanordnung 13 ist beispielsweise in der DD 2 50 565 A1 beschrieben, so daß im folgenden nur kurz darauf eingangen wird. Auf einem zylinder­ förmigen Verzahnungselement 15, das drehfest mit einem in der Werkzeugspindel 10 drehbar gelagerten Antriebs- und Verstell­ dorn 16 verbunden ist, sind drei Teilmassen 17 bis 19 ver­ zahnt angeordnet. Diese Teilmassen 17 bis 19 sind gemäß Fig. 2 im Querschnitt im wesentlichen als Kreisausschnitt ausge­ bildet, sie können auch eine andere Gestalt aufweisen. Wesent­ lich ist, daß die Fliehkraftwirkungen der seitlichen Teil­ massen 17 und 19 zusammen der Fliehkraftwirkung der mittleren Teilmasse 18 entsprechen. Das fest mit dem Antriebs- und Ver­ stelldorn 16 verbundene Verzahnungselement 15 weist zwei gegen­ sinnig verlaufende Schrägverzahnungen an seiner Außenfläche auf, wobei die beiden äußeren Teilmassen 17 und 19 eine ent­ sprechende Schrägverzahnung in dem einen Sinn und die mittlere Teilmasse 19 eine entsprechende Schrägverzahnung im Gegen­ sinn aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß bei einer axialen Verstellung des Antriebs- und Verstelldorns 16 die beiden äußeren Teilmassen 17 und 19 in der einen Drehrichtung und die mittlere Teilmasse 18 in der Gegendrehrichtung um den gleichen Winkel verstellt werden. Im Fortsatz zum Hohl­ raum 12 ist hierzu ein mindestens dem Durchmesser des An­ triebs- und Verstelldorns 16 entsprechender weiterer Hohl­ raum 20 in der Werkzeugspindel 10 vorgesehen. Die Teilmassen 17 bis 19 können in nicht dargestellter Weise gegenseitig sowie radial nach außen am Hohlraum 12 sowie axial an der Bodenfläche des Hohlraums 12 und am Deckel 14 durch Wälzlager o. dgl. gelagert sein.

Am werkzeugfernen Endbereich des Lagergehäuses 11 sind zwischen diesem und der Werkzeugspindel 10 vier Planetenräder über entsprechende Verzahnungen angeordnet, von denen zwei Planeten­ räder 21, 22 dargestellt sind. Insgesamt können prinzipiell selbstverständlich auch z. B. ein Planetenrad oder auch zwei oder drei Planetenräder vorgesehen sein. Diese Planetenräder 21, 22 sind über zylindrische Ringkörper 23, 24 mit entsprechend dimensionierten Planetenrädern 25, 26 verbunden, die sich zwischen einem zentralen, drehfest mit dem Antriebs- und Ver­ stelldorn 16 verbundenen Antriebszahnrad 27 und einem äußeren Zahnring 28 abwälzen, dessen innerer Zahnkranz dem inneren Zahnkranz am Lagergehäuse 11 entspricht. Der Zahnring 28 weist auch eine Außenverzahnung auf, in die ein von einem ersten Verstellmotor 29 angetriebenes VersteIlzahnrad 30 eingreift.

An der vom Antriebs- und Verstelldorn 16 abgewandten Stirn­ seite des Antriebszahnrads 27 ist eine Gewindestange 31 zur axialen Verstellung des Antriebszahnrads 27 und des damit verbundenen Antriebs- und Verstelldorns 16 über ein Kopplungs­ element 32 angekoppelt, in dem die Gewindestange 31 drehbar relativ zum Antriebszahnrad 27 gelagert ist. Ein Halteelement 33 sorgt über eine axial verschiebbare Keil-Nut-Ver­ bindung dafür, daß sich die Gewindestange 31 nicht verdrehen kann. Das freie Ende der Gewindestange 31 greift in eine Gewindeöffnung eines Antriebselements 34 ein, das von einem zweiten Verstellmotor 35 in Rotation versetzbar ist.

Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen mechanischen Anordnung besteht darin, daß bei Stillstand des ersten Verstellmotors 29 der Zahnring 28 ebenfalls feststeht. Durch die gleichdimensionierten Planetenräder 21, 22 einer­ seits und 25, 26 andererseits dreht sich somit das Zahnrad 27 mit der gleichen Drehzahl wie die Werkzeugspindel 10. Dies bedeutet, daß auch die Unwuchtmassenanordnung 13 mit der Werkzeugspindel 10 mitrotiert und zu dieser jeweils dieselbe Lage aufweist. Durch Einschalten des ersten Verstell­ motors 29 in die eine oder andere Drehrichtung wird der Zahnring 28 relativ zum Lagergehäuse 11 verstellt, und es ergibt sich ein veränderter Drehwinkel der Unwuchtmassenanordnung 13 zur Werkzeugspindel 10. Die Unwuchtmassenanordnung 13 kann dadurch während der Rotation ihren Winkel zur Werkzeugspindel 10 verändern. Beim Betrieb des zweiten Verstellmotors 35 in der einen oder anderen Drehrichtung wird die Gewindestange 31 in das Antriebselement 34 hinein­ gezogen oder herausgeschoben. Hierdurch verändert sich die axiale Position des Antriebszahnrads 27 und damit auch die des Verzahnungselements 15. Die axiale Position der Teilmassen 17 bis 19 ist durch die axiale Anlage über nicht dargestellte Wälzlager nicht veränderbar. Aufgrund dieser axialen Verschie­ bung werden die Teilmassen 17 bis 19 relativ zueinander im Winkel verschoben, d. h., die Teilmassen 17 und 19 werden in der einen Drehrichtung und die Teilmasse 18 entsprechend in der entgegengesetzten Drehrichtung verändert. Diese Schwenk­ bewegung der Teilmassen 17 bis 19 ist der Rotation der gesamten Anordnung überlagert.

Durch Betätigung des zweiten Verstellmotors 35 und gegen­ sinnige Verschwenkung der Teilmassen 17 bis 19 kann somit der Abstand des gesamten Massenschwerpunkts dieser Teilmassen 17 bis 19 zur Drehachse verändert werden. Bei Betä­ tigung des ersten Verstellmotors 29 kann dieser Gesamt­ massenschwerpunkt relativ zur Werkzeugspindel 10 rotiert werden. Hierdurch kann ein Unwuchtsausgleich einer möglichen Unwucht der Werkzeugspindel 10 und/oder des darauf angeordneten Werkzeugs erreicht werden.

Die Unwuchtmassenanordnung 13 kann prinzipiell auch außerhalb der Werkzeugspindel 10 angeordnet sein. Sie kann auch zum Unwuchtausgleich von anderen Anordnungen dienen, wie Schleif­ spindeln oder andere sich drehende Werkzeugteile. Eine derartige Unwuchtmassenanordnung 13 mit einer entsprechenden Verstellvorrichtung eignet sich beispielsweise auch zum Ausgleich einer Unwucht von Kraftfahrzeugrädern während des Betriebs, wobei die Anordnung dann beispielsweise in der Kraftfahrzeugnabe vorgesehen sein kann.

Anstelle der dargestellten und beschriebenen mechanischen Anordnung zur Verstellung des Massenschwerpunkts der Unwuchtmassenanordnung 13 bezüglich des Abstands zur Dehachse und bezüglich des Dreh­ winkels eignen sich auch andere entsprechende Anordnungen, die diese Verstellung ermöglichen.

Drehfest mit dem Antriebszahnrad 27 und damit mit der Unwuchtmassenanordnung 13 verbunden ist ein Drehwinkelgeber 36, der gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Kopplungselement 32 integriert ist. Er kann selbstver­ ständlich auch drehfest an einer anderen Stelle angeordnet sein. Dieser Drehwinkelgeber 36 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem drehfest mit dem Antriebszahnrad 27 bzw. dem Antriebs- und Verstelldorn 16 verbundenen Permanentmagneten 37, der im wesentlichen eine U- bzw. C-förmige Gestalt aufweist und Polschuhe 38 besitzt. Zwischen diesen einander zugewandten Polschuhen 38 sind nicht mitrotierend zwei senkrecht zueinander angeordnete Hall-Elemente 39, 40 angeordnet. Der Perma­ nentmagnet 37 kann im Kopplungselement 32 integriert oder an dieses angesetzt sein. Die Hall-Elemente 39, 40 können dann entsprechend in oder an der Gewindestange 31 angeordnet sein, die dann aus nichtferromagnetischem Material bestehen muß. In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 2 wurde lediglich die drehfeste Zuordnung des Permanentmagneten 37 über den Antriebs- und Verstelldorn 16 zur Unwuchtmassen­ anordnung 13 angedeutet, wobei auf Details wie das Antriebs­ zahnrad 27 und das Verzahnungselement 15 verzichtet wurde.

Zur Erfassung von Unwuchtschwingungen bei der Rotation der Werkzeugspindel 10 ist ein Schwingungsaufnehmer 41 am Lager­ gehäuse angeordnet. Dessen Signale werden über eine Verstärker­ anordnung 42 verstärkt an die beiden Hall-Elemente 39, 40 angelegt. Die in Abhängigkeit des rotierenden Magnetfelds erzeugten Aus­ gangssignale U1 und U2 der Hall-Elemente 39, 40 werden zur Integration einer Integrationseinrichtung 43 zugeführt, wobei die Verstärkeranordnung 42 und die Integrationseinrichtung 43 Bestandteile einer elektronischen Steuervorrichtung 44 bilden. In dieser werden aus den integrierten Signalen gebildete Steu­ ersignale für die beiden Verstellmotoren 29 und 35 gebildet und diesen zugeführt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise soll zunächst eine Schwer­ punksgerade G definiert werden, die in Fig. 2 eingezeichnet ist. Entlang dieser Schwerpunktsgeraden G bewegt sich der Massenschwerpunkt der Unwuchtmassenanordnung 13 beim gegen­ sinnigen Verschwenken der Teilmassen 17 bis 19 radial von der Drehachse weg bzw. zu dieser hin. Der Permanentmagnet 37 bzw. dessen Magnetfeld durch die Hall-Elemente 39, 40 ist z. B. parallel zu dieser Schwerpunktsgeraden G ausgerichtet. Geht man zunächst in einem vereinfachten Falle davon aus, daß eine Unwuchtmasse M1 genau auf dieser Schwerpunktsgeraden G angeordnet ist, so ergeben sich die in Fig. 3 dargestellten Verhältnisse. Der Schwingungsaufnehmer erzeugt infolge der Rotation der mit dieser Unwuchtmasse M1 behafteten Werkzeug­ spindel 10 einen sinusartigen Strom i als Ausgangssignal. Aufgrund des rotierenden Magnetfeldes des Permanentmagneten 37 wird im Hall-Generator 39 der magnetische Fluß b1 und im senkrecht dazu angeordneten Hall-Generator 40 der um 90° dazu verschobene magnetische Fluß b2 erzeugt. Da an den Hall-Elementen jedoch zur Stromversorgung der Strom i des Schwingungsaufnehmers 41 angelegt ist, ergeben sich an den Ausgangsanschlüssen der Hall-Generatoren 39, 40 dem Produkt der Augenblickswerte des magnetischen Flusses b1 bzw. b2 und des Stromes i entsprechende Ausgangsspannungen U1 bzw. U2. Diese Signale U1 und U2 werden nun in der Integrationseinrichtung 43 integriert, wobei durch die Integration gleichzeitig Neben- und Störsignale ausgefiltert werden. Eine Integration der Spannung U1 ergibt ein positives Spannungssignal, während die Integration der Spannung U2 den Wert Null ergibt. Dies bedeutet für die elektronische Steuervorrichtung 44, daß zum einen die Unwuchtmasse M1 auf der Schwerpunkts­ geraden G liegt und daß zum anderen infolge des posi­ tiven Vorzeichens der Spannung U1 die Verschwenkung der Teilmassen 17 bis 19 so erfolgen muß, daß sie zum Ausgleich der Unwuchtmasse M1 in der Darstellung gemäß Fig. 2 nach unten geschwenkt werden. Dieser Schwenkvorgang dauert so lange, bis der Integrationswert der Spannung U1 ebenfalls Null wird, da vom Schwingungsaufnehmer 41 keine Unwuchtsignale mehr erzeugt werden.

Liegt an Stelle der Unwuchtmasse M1 eine Unwuchtmasse M2 senk­ recht zur Schwerpunktsgeraden G vor, so ergibt sich am Schwingungs­ aufnehmer 41 ein ebenfalls um 90° versetztes Signal, was zu einem Wert Null der integrierten Spannung U1 und zu einem Maximal­ wert der integrierten Spannung U2 führt. Durch Verschwenken der Teilmassen 17, 19 relativ zur Werkzeugspindel 10 durch Betätigung des ersten Verstellmotors 29 erfolgt eine Rückführung auf die in Fig. 3 dargestellten Signale, d. h. die Unwuchtmasse M2 wird relativ zur Unwuchtmassenanordnung 13 winkelmäßig verschoben, bis sie sich in der Position der Unwuchtmasse M1 befindet. Durch Betätigung des zweiten Verstellmotors 35 erfolgt dann wiederum ein Unwuchtsausgleich durch Verschwenken der Teilmassen 17, 19 relativ zueinander.

Im Normalfall wird jedoch eine Unwuchtmasse M3 vorliegen, die sich in einer beliebigen Winkelposition befindet. Diese Unwucht­ masse M3 kann als resultierende Masse der Unwuchtmassen M1 auf der Schwerpunktsgeraden G und der Unwuchtmasse M2 auf der senk­ recht dazu liegenden Geraden aufgefaßt werden. Die Integrations­ werte der Spannungen U1 und U2 sind jetzt beide von Null ver­ schieden. Das integrierte Signal des Hall-Elements 39 liefert somit ein der Unwucht in Richtung der Schwerpunktsgeraden G proportionales und auch vorzeichenrichtiges Spannungssignal, das entsprechend verstärkt direkt zur Steuerung des zweiten Verstellmotors 35 eingesetzt werden kann. Entsprechend könnte prinzipiell auch mit dem integrierten Ausgangssignal des Hall- Elements 40 der erste Verstellmotor 29 nach entsprechender Ver­ stärkung angesteuert werden, jedoch könnte dies zu großen Ver­ stellwinkeln bis zu 180° und entsprechend langen Verstellzeiten führen. Prinzipiell könnte jedoch hierdurch eine sehr einfache direkte Steuerung der Verstellmotoren 29 und 35 durch die ent­ sprechend verstärkten integrierten Signale U1 und U2 erreicht werden.

Wesentlich kürzere Verstellwege für die Drehlage der Gegenun­ wucht ergeben sich, wenn wie in Fig. 4 dargestellt die Verstell­ richtung des Verstellmotors 29 als Antrieb für die Drehlage aus dem Produkt der Vorzeichen der integrierten Ausgangssignale der beiden Hall-Elemente 39 und 40 gewonnen wird, während die Stell­ geschwindigkeit von der Größe des integrierten Ausgangssignals U2 abhängt. In Fig. 4 sind die vier Möglichkeiten dargestellt, daß sich die Unwuchtmasse M in einem der vier Quadranten be­ findet. In den Quadranten I und III ist das Produkt der inte­ grierten Signale U1 und U2 positiv, was zu einer Verstellrich­ tung im Uhrzeigersinn führt, um die die Winkelposition der Unwuchtmassenanordnung 13 kennzeichnende Schwerpunktsgerade G in die Winkellage der Unwuchtmasse M überzuführen. Entsprechend ist das Produkt bei einer Position der Unwuchtmasse im zweiten und vierten Quadranten negativ, was zu einer entsprechenden Verstellrichtung im Gegenuhrzeigersinn führt. Damit ergeben sich maximale Stellwerte von 90°.

Mit der beschriebenen Anordnung werden also drehzahlabhängig gefilterte Ausgangssignale gewonnen, deren Größe ein Maß für die Größe des Stellungsfehlers der Auswuchteinrichtung ist und deren Vorzeichen die Stellrichtung der Verstellmotoren 29 und 35 vorgibt. Da die Filterwirkung ohne externe Vorgabe immer die aktuelle Drehzahl berücksichtigt, kann dieses Konzept bei unter­ schiedlichen Drehzahlen und auch während dem Anlaufen der Werk­ zeugspindel 10 betrieben werden. Durch den Antrieb für die Drehlage der Gegenunwucht, also der Unwuchtmassenanordnung 13 wird diese Drehlage so lange verstellt, bis die Größe des Aus­ gangssignals des Hall-Elements 40 zu Null wird. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Gegenunwucht ungleich Null ist. Wesent­ lich ist, daß die Gegenunwucht und die externe Unwucht auf der Schwerpunktsgeraden G liegen.

Anstelle der Verstellmotoren 29 können selbstverständlich auch andere Verstelleinrichtungen treten, beispielsweise pneumatische Verstelleinrichtungen o. dgl. Als vom Magnetfeld des Permanent­ magneten 37 beeinflußte Elemente können auch andere magnetfeld­ beeinflußte Bauelemente treten, wie Hall-Dioden, Feldplatten o. dgl. Weiterhin ist es möglich, anstelle des beschriebenen Drehwinkelgebers 36 mit integrierter Multiplikation einen üblichen Drehwinkelgeber zu verwenden, der beispielsweise als Sinus/Cosi­ nus-Generator ausgebildet ist, wobei dessen Signale dann in einer externen Einrichtung mit den Signalen des Schwingungs­ aufnehmers 41 integriert werden.

Da die zum Unwuchtausgleich dienenden Teilmassen 17 bis 19 radial und axial spielfrei im Hohlraum 12 der Werkzeugspindel 10 wälzgelagert sind (in Fig. 1 nicht dargestellt) und die Fliehkräfte nicht auf den Verstellmechanismus zurückwirken, müssen beim Verstellen nur die relativ geringen Reibkräfte überwunden werden. Auch die Haltekräfte können sehr klein bzw. im wesentlichen gleich Null sein. Auf kleinsten Raum können sehr große "Unwuchtmassen" untergebracht werden. Aufgrund der nicht vorhandenen Rückwirkung auf den Verstellantrieb kann auch ein sehr kleines gemeinsames Stellglied vorgesehen sein, das über separate Bewegungen die beiden Verstellbewegungen realisiert.

Claims (15)

1. Auswuchteinrichtung für rotierende Elemente, wie Schleif­ spindeln, Werkzeugspindeln, Kraftfahrzeugnaben o. dgl., mit einem Unwuchtschwingungen des rotierenden Elements erfassenden Schwingungsaufnehmer, mit einem Drehwinkelgeber und mit Auswerte­ mitteln zur Bildung von Unwuchtsignalen aus den Signalen des Schwingungsaufnehmers und des Drehwinkelgebers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im oder am rotierenden Element (10) eine mitrotie­ rende, verstellbare Unwuchtmassenanordnung (13) vorgesehen ist, die über ein Verbindungselement (16) drehfest mit dem Drehwinkel­ geber (36) verbunden ist und die zwei Teilmassensysteme (17, 19 bzw. 18) mit bei gleicher Winkelgeschwindigkeit gleich großen Fliehkräften besitzt, daß die Teilmassensysteme (17, 19 bzw. 18) der Rotation überlagert um die Drehachse gegensinnig schwenk­ bar ausgebildet sind und daß in Abhängigkeit der Unwuchtsignale im Sinne eines Unwuchtausgleichs betätigbare Antriebsmittel (29, 35) zum Verdrehen der gesamten Unwuchtmassenanordnung (13) relativ zum rotierenden Element (10) und zum gegensinnigen Verschwenken der Teilmassensysteme (17, 19 bzw. 18) vorgesehen sind.

2. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teilmassensystem (18) aus einem über eine Schräg­ verzahnung am Endbereich (15) des Verbindungselements (16) ange­ ordneten ersten Massekörper und das zweite Teilmassensystem (17, 19) aus zwei weiteren, zu beiden Seiten des ersten Masse­ körpers angeordneten Massekörpern besteht, die über eine zur Schrägverzahnung des ersten Massekörpers gegensinnige Schräg­ verzahnung am Endbereich (15) des Verbindungselements (16) ge­ lagert sind, und daß die Antriebsmittel ein erstes Antriebs­ organ (29) zum Verdrehen des Verbindungselements (16) um die Drehachse relativ zum rotierenden Element (10) und ein zweites Antriebsorgan (35) zur axialen Verschiebung des Verbindungsele­ ments (16) relativ zur gleichbleibenden axialen Position der Unwuchtmassenanordnung (13) aufweisen.

3. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilmassensysteme (17 bis 19) in einer ent­ sprechenden Ausnehmung (12) des rotierenden Elements (10) mittels Wälzlagern gelagert sind.

4. Auswuchteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel eine die Signale des Schwingungsaufnehmers (41) mit den Signalen des Drehwinkel­ gebers (36) multiplizierende Multiplikatoreinrichtung aufweisen.

5. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel eine Integrationseinrichtung (43) für die Signale der Multiplikatoreinrichtung aufweisen.

6. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signale des Drehwinkelgebers (36) zwei um 90° zueinander versetzte sinusartige Signalfolgen sind, deren Phasen­ lagen der jeweiligen Drehposition einer radial zur Drehachse der Unwuchtmassenanordnung durch den verschiebbaren Massenschwer­ punkt der Teilmassen (17, 19 bzw. 18) verlaufenden Schwerpunkts­ geraden (G) relativ zur Position des Schwingungsaufnehmers (41) zugeordnet sind.

7. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal einer der beiden Signalfolgen ein dem Unwuchtanteil in Richtung der Schwerpunktsgeraden (G) propor­ tionales Signal und das integrierte Signal der anderen Signal­ folge ein dem Unwuchtanteil senkrecht zur Richtung der Schwer­ punktsgeraden proportionales Signal ist.

8. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein drehfest mit dem Verbindungselement (16) verbundener, ein senkrecht zur Drehachse verlaufendes Magnet­ feld erzeugender Permanentmagnet (37) vorgesehen ist, wobei zwei senkrecht zueinander ausgerichtete magnetfeldempfindliche Ele­ mente (39, 40) nicht mitrotierend im Magnetfeld angeordnet sind.

9. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldempfindlichen Elemente Hall-Elemente, Hall- Dioden oder Feldplatten sind.

10. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die magnetfeldempfindlichen Elemente eine WinkelIage relativ zur Winkellage des Magnetfeldes einnehmen, in der eine zum Zeitpunkt der Erzeugung eines maximalen Unwucht­ signals im Schwingungsaufnehmer (41) durch nur eine auf der Schwerpunktsgeraden (G)angeordnete Masse (M1) das Magnetfeld in einem der magnetfeldempfindlichen Elemente (39) ein maxi­ males positives oder negatives Signal und im anderen (40) kein Signal erzeugt.

11. Auswuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die magnetfeldempfindlichen Elemente (39, 40) zur multiplikativen Verknüpfung mit den Signalen des Schwingungsaufnehmers (41) beaufschlagt sind.

12. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drehwinkelgeber als mit dem Verbindungsele­ ment (16) drehfest verbundener Sinus-Cosinus-Generator ausge­ bildet ist.

13. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinus-Cosinus-Generator eine Winkellage einnimmt, in der eine zum Zeitpunkt der Erzeugung eines maximalen Unwuchtsignals im Schwingungsaufnehmer (41) durch nur eine auf der Schwerpunkts­ geraden (G) angeordnete Masse (M 1) das erste Ausgangssignal des Generators einen maximalen positiven oder negativen Wert aufweist und das zweite Ausgangssignal gleich Null ist.

14. Auswuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verstellrichtung der Antriebs­ mittel (29) zum Verdrehen der gesamten Unwuchtmassenanordnung (13) in Abhängigkeit der Polarität wenigstens des einen mit den Schwingungsaufnehmer-Signalen multiplikativ verknüpften Signals des Drehwinkelgebers (36) vorgegeben ist.

15. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstelleinrichtung in Abhängigkeit der Polarität des Produkts der beiden multiplikativ verknüpften Signale des Drehwinkelgebers (36) erfolgt.