DE4229593A1 - Meßvorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Aufspannen eines Rotors auf eine Antriebswelle einer Prüfmaschine entstehen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Aufspannen eines Rotors auf eine Antriebs­ welle einer Prüfmaschine, insbesondere einer Auswuchtmaschi­ ne entstehen.

Herkömmliche Spannvorrichtungen, wie sie beispielsweise als Zubehör für Radauswuchtmaschinen bekannt sind, haben die Aufgabe, das Werkstück radial zu zentrieren und von der An­ triebswelle auf das Werkstück Antriebsmomente sicher zu über­ tragen, ohne daß das Werkstück durchrutscht. Dabei soll das Werkstück, insbesondere der Rotor, jedoch so eingespannt sein, daß am Werkstück keine Flächenpressungen verbleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, mit der die Erfassung der Kräfte möglich ist, die für eine Werkstück schonende Über­ tragung der Antriebsmomente auf den Rotor zur Erzielung korrekter Meßwerte beim Prüfen des Rotors wesentlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Planspannkraft-Meßeinrichtung für einen zwischen dem Rotor oder einem Rotorersatzkörper und einer sich senkrecht zur Rotorachse erstreckenden Spannelementanlagefläche wirkenden Planspannkraft und/oder eine Radialspannkraft-Meßeinrichtung für zwischen radial nach außen wirkenden Spannmitteln und dem Rotor oder dem Rotorersatz wirkende Radialspannkräfte vorgesehen sind bzw. ist.

Durch die Erfassung der Radialspannkräfte läßt sich eine Überprüfung der Kräfte erzielen, welche für die sichere Übertragung der von der Antriebswelle auf das Werkstück zu übertragenden Antriebsmomente, insbesondere Anfahrmomente, wesentlich sind, wobei diese Kräfte so zu bemessen sind, daß sie das Werkstück, insbesondere durch zurückbleibende Flächenpressungen, nicht beschädigen. Für eine korrekte Messung der dynamischen Unwucht des aufgespannten Rotors ist es wesentlich, entsprechende Planspannkräfte, die zwischen dem Rotor und dem sich senkrecht zur Rotorachse erstreckenden Anlageflansch für den Rotor wirken, zu messen und gegebenenfalls entsprechend zu korrigieren. Durch Vergleich mit vorgeschriebenen Kräften erreicht man eine erhöhte Meßgenauigkeit und Sicherheit beim Prüfen, insbesondere Messen des Rotors.

Die Planspannkraft-Meßeinrichtung und/oder die Radialspann­ kraft-Meßeinrichtung können bzw. kann als in die Spannein­ richtung zum Aufspannen des Rotors auf die Antriebswelle integrierte Meßeinrichtungen vorgesehen sein. Sie können jedoch auch als getrennte Meßanordnungen vorliegen. Wenn die Meßeinrichtungen in die Spannvorrichtung integriert sind, ist auch während des Prüfvorgangs bzw. während des Meßvorgangs am Rotor eine laufende Überwachung der Plan­ spann- und/oder Radialspannkräfte möglich. Ein Abweichen dieser Kräfte von entsprechenden Sollwerten bzw. Grenz­ werten kann dann rechtzeitig signalisiert werden. Vor allem bei der Justage sind die gemessenen Kräfte einsetzbar zur Erzielung der gewünschten Positionierung des zu messenden Rotors auf der Welle der Prüfmaschine.

Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Er­ findung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in teilweise schnittbildlicher Darstellung;

Fig. 2 eine in der Fig. 1 verwendete Planspannkraft- Meßeinrichtung;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Radialspannkraft- Meßeinrichtung;

Fig. 4 in teilweise geschnittener Darstellung die in der Fig. 3 dargestellte Radialspannkraft-Meß­ einrichtung;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine kom­ binierte Meßvorrichtung, mit der sowohl Radial­ als auch Planspannkräfte gemessen werden können; und

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung für die Meßsignale.

In der Fig. 1 ist ein Werkstück, beispielsweise ein Rotor 1, dargestellt, der mit Hilfe von Spannmitteln auf eine nicht näher dargestellte Antriebswelle einer Prüfmaschine, beispielsweise einer Auswuchtmaschine, aufgespannt werden kann. Der Rotor ist dann um seine Achse A drehbar an der Antriebswelle der Prüfmaschine gelagert. Als Spannmittel kommen zum Einsatz ein Spanndorn 3, der in Pfeilrichtung B axial verschiebbar ist. Der Spanndorn 3 liegt mit einer Konusfläche 24 an einer entsprechend ausgebildeten Konus­ fläche 25 von mehreren radial beweglichen Spannbacken 4 an. Bei der Axialverschiebung B werden die Spannbacken 4 radial nach außen (Pfeilrichtung C) verschoben. Sowohl der Spann­ dorn 3 als auch die radial nach außen verschiebbaren Spann­ backen 4 können an einer Führungseinrichtung 26 entsprechend geführt sein. Die Führungseinrichtung 26 ist in nicht näher dargestellter jedoch bekannter Weise mit der Antriebswelle verbunden.

Für die Erfassung von Planspannkräften, welche zwischen dem Rotor 1 und einer an einem Aufnahmering 23 bzw. Aufnahme­ flansch vorgesehenen Spannelementanlagefläche 2 wirksam sind (Pfeilrichtungen D und E), dient eine Planspannkraft- Meßeinrichtung. Wie die Fig. 2 zeigt, ist die Planspann­ kraft-Meßeinrichtung als kreisringförmiger Meßkörper (Meß­ ring 5) ausgebildet. Um die Achse A sind in gleichen Winkel­ abständen Kraftmeßeinrichtungen 11, 12, 13, welche Dehnungs­ meßstreifen aufweisen können, angeordnet. Der Meßring 5 liegt mit einer Anlagefläche (14), welche an einem Vorsprung gebildet ist, am Rotor 1 an. Ferner liegt der Meßring 5 mit einer Anlagefläche (15), welche an einem Vorsprung gebildet ist, an der Spannelementanlagefläche 2 des Aufnehmerrings 23 an. Der Vorsprung mit der Anlagefläche 14 ist im Bereich des Innenumfangs auf der einen Ringseite, und der Vorsprung mit der Anlagefläche 15 ist im Bereich des Außenumfangs an der anderen Ringseite vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungs­ beispiel gehört der Aufnahmering 23 zur Spannvorrichtung und kann mit der Führungseinrichtung 26 in bekannter Weise ver­ bunden sein. Die Anlagefläche 2 sowie die an den Vorsprüngen gebildeten Anlageflächen 14 und 15 des Meßrings 5 erstrecken sich senkrecht zur Rotorachse A.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbei­ spiel einer Radialspannkraft-Meßeinrichtung ist ein Rotor­ ersatzkörper 10 in Form eines Gegenhalterungsrings darge­ stellt. Der Rotorersatzkörper 10 simuliert eine bestimmte Radialsteifigkeit bzw. Radialfestigkeit des Rotors 1. Die Radialspannkraft-Meßeinrichtung 20 besitzt radial verschieb­ bare, an der Führungseinrichtung 26 geführte Spannbacken 6, 7, 8 und 9. Die radial beweglichen (Pfeilrichtung C) Spannbacken sind mit Kraftmeßelementen 16, 17, 18 und 19 versehen. Diese Kraftmeßelemente können Dehnungsmeßstreifen 21 aufweisen. Die Kraftbeaufschlagung zur Erzeugung einer in Pfeilrichtung C nach außen gerichteten Radialkraft kann mit Hilfe des Spanndorns 3 erfolgen, der, wie im Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1, an den radial beweglichen Spann­ backen 6 bis 9 über Konusflächen anliegt. Die beim Verschie­ ben des Spanndorns 3 zur Auswirkung kommenden Radialspann­ kräfte können mit Hilfe der Kraftmeßelemente 16 bis 19 er­ mittelt werden.

Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Meßvorrichtung sowohl die Planspannkraft-Meß­ einrichtung 5 als auch die Radialspannkraft-Meßeinrichtung 20. Der Rotorersatzkörper 10 besitzt hierbei ferner einen ringförmigen Anlagesteg 22, der eine Anlagefläche für die Anlagefläche 14 am inneren Vorsprung des Meßrings 5 bietet. Im übrigen sind die Radialspannkraft-Meßeinrichtung 20 und die Planspannkraft-Meßeinrichtung so ausgebildet, wie es in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 erläutert wurde.

Es ist auch möglich, daß in der Fig. 1 die Spannbacken 4 mit Kraftmeßelementen ausgestattet sind, wie es in den Aus­ führungsbeispielen der Fig. 3 bis 5 gezeigt ist. Auf diese Weise gewinnt man dann eine fortlaufende Messung der Radial- und Planspannkräfte während der Rotorprüfung bzw. -messung.

In der Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Signalauswerte­ einrichtung für die Kraftmeßsignale dargestellt. Die Kraft­ meßsignale an den einzelnen Meßstellen, welche Bestandteile von Meßbrücken Ml . . . Mi . . . Mn sind, werden über Brückenver­ stärker Vl . . . Vi . . . Vn Spannkraftanzeigeeinrichtungen Fl . . . Fi . . . Fn zugeleitet. In einem Grenzwertspeicher 30 sind Grenzwertvorgaben Gl . . . Gi . . . Gn für die Spannkräfte gespei­ chert. In einem Komparator 27 werden die gemessenen Spann­ kräfte Fl . . . Fi . . . Fn mit den Grenzwertvorgaben Gl . . . Gi . . . Gn verglichen. Ein Abweichen der gemessenen Spannkräfte von den Grenzwertvorgaben wird mittels einer Signalanzeige 28 signalisiert. Die gemessenen Spannkräfte werden ferner einem Summierer 29 zugeleitet, in welchem alle gemessenen Spann­ kräfte zu einer Summenspannkraft summiert werden. Diese Summenspannkraft wird in einer Anzeigeeinrichtung 31 ange­ zeigt.

Claims (10)

1. Meßvorrichtung zum Messen von Kräften, die beim Auf­ spannen eines Rotors auf eine Antriebswelle einer Prüf­ maschine, insbesondere einer Auswuchtmaschine, entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Planspannkraft-Meßeinrichtung (5, 11, 12, 13) für eine zwischen dem Rotor (1) oder einem Rotorersatzkörper (10) und einer sich senkrecht zur Rotorachse (A) erstrecken­ den Spannelementanlagefläche (2) wirkende Planspannkraft und/oder eine Radialspannkraft-Meßeinrichtung (20) für zwi­ schen radial nach außen wirkende Spannmittel (3, 4; 6-9) und dem Rotor (1) bzw. dem Rotorersatzkörper (10) wirkende Radialspannkräfte vorgesehen sind bzw. ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspannkraft-Meßeinrichtung (5, 11, 12, 13) als verformbarer Ringkörper (5) ausgebildet ist, der um die Ro­ torachse (A) in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte Kraftmeßelemente (11, 12, 13) aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (5) in den Randbereichen seines Innenum­ fangs und seines Außenumfangs ebene, zur Rotorachse (A) senkrecht verlaufenden ringförmigen Anlageflächen (14, 15) aufweist, die mit dem Rotor (1) bzw. dem Rotorersatzkörper (10) und der Spannelementanlagefläche (2) in Anlage kommen.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, das die Anlagefläche (14) im Bereich des Innendurchmessers des Ringkörpers (5) an der einen Ringseite und die Anlage­ fläche (15) im Bereich des Außendurchmessers des Ringkörpers (5) an der anderen Ringseite liegen.

5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche (14) im Bereich des Innendurchmessers des Ringkörpers (5) am Rotor (1) bzw. Rotorersatzkörper (10) und die Anlagefläche (15) im Bereich des Außendurchmessers des Ringkörpers (5) an der Spannele­ mentanlagefläche (2) anliegen.

6. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialspannkraft-Meßeinrichtung (20) radial bewegliche Spannbacken (6-9) aufweist, die mit Kraftmeßelementen (16-19) versehen sind, und daß die Spann­ backen (6-9) gegen den Innenumfang des Rotors (1) oder den eine Radialsteifigkeit des Rotors simulierenden Rotor­ ersatzkörper (10) bewegbar sind.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorersatzkörper (10) kreisringförmig ausgebildet ist.

8. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspannkraft-Meßeinrichtung (5, 11, 12, 13) und/oder die Radialspannkraft-Meßeinrichtung (20) in eine den Rotor (1) auf die Antriebswelle der Prüf­ maschine aufspannenden Spanneinrichtung (2, 3, 4) integrier­ bar sind bzw. ist.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßelemente (16-19) für die Radialspann­ kraftmessung an radial beweglichen Spannbacken (4) der Spann­ einrichtung vorgesehen sind.

10. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßelemente (11-13, 16-19) Dehnungsmeßstreifen aufweisen.