DE4233326C2 - Überwachungsvorrichtung für eine Auswuchtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine Aus­ wuchtmaschine zur Kontrolle der Plananlage eines Rotors in einer Einspannvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Rotoren ohne eigene Lagerzapfen werden in Auswuchtmaschinen in Spannfuttern gespannt. Diese können manuell oder automatisch betätigt sein. Für das Auswuchtergebnis ist das korrekte Ein­ spannen des Rotors entscheidend. Schon kleine Einspannfehler führen zu vermeintlichen Zusatzunwuchten des Rotors, die dann fälschlicherweise kompensiert werden. Deshalb werden Rotoren ohne eigene Lagerzapfen in den Einspannvorrichtungen radial zentriert und axial plan an eine Anlagefläche, die eine Mit­ nehmerscheibe darstellt, angelegt. Insbesondere bei langen Rotoren ist es besonders wichtig, daß der Rotor plan an der Mitnehmerscheibe anliegt, da bereits geringe Abweichungen durch die Hebelwirkung zu großen, nicht vorhandenen Zusatzunwuchten führen.

Aus dem Schenck Firmenprospekt, Gelenkwellen-Auswuchtmaschinen Typenreihe 500RBRQ, B1426, Ausgabe 1989, ist eine Auswuchtma­ schine mit einer Einspannvorrichtung zum Einspannen von Kardan­ wellen bekannt. Dabei wird der Verbindungsflansch der Kardan­ welle axial an eine Anlagefläche der Einspannvorrichtung ange­ legt und durch zwei Spannkluppen, die die Ringfläche des Ver­ bindungsflansches umgreifen, fest an die Anlagefläche gepreßt. Hierbei kann es leicht vorkommen, daß Bearbeitungsrückstände oder andere Verunreinigungen einseitig zwischen den beiden Anlageflächen zurückbleiben, so daß der Verbindungsflansch schräg auf der Anlagefläche der Einspannvorrichtung aufliegt. Dadurch verschiebt sich die Auswuchtdrehachse gegenüber der Betriebsdrehachse um einen gewissen Winkel, wodurch eine ver­ meintliche Zusatzunwucht entsteht, die dann beim Auswuchten fälschlicherweise ausgeglichen wird und zu Unwuchten in der Einbaulage führt. Dies wird meist dadurch vermieden, daß der Auswuchter den Rotor mit besonderer Sorgfalt in der Einspann­ vorrichtung befestigt. Häufig werden Rotoren maschinell in die Auswuchtmaschine befördert und mit pneumatisch gesteuerten Andruckkluppen in der Einspannvorrichtung befestigt. Dabei wäre es z. B. denkbar, die Strecke zwischen der Andruckkluppe und der Anlagefläche zu messen und bei einer Abweichung von deren Sollwert, der der Dicke des Verbindungsflansches entspricht, dies zu signalisieren. Eine derartige Einrichtung würde aber auch Fertigungsabweichungen des Verbindungsflansches als einen Einspannfehler anzeigen.

Aus DE-GM 18 85 070 ist eine Vorrichtung zur Einspannung eines Rotors in einer Auswuchtmaschine bekannt, bei der der Rotor mit einer Anlagefläche an der Anlagefläche einer Ein­ spannvorrichtung anliegt. In ETZ-A, Heft 23 vom 1. Dezember 1953, Seiten 673 bis 675 ist in Bild 1 eine Einspannvorrichtung einer Auswuchtmaschine offenbart, bei der der Rotor in einer Spannhülse aufgenommen ist.

Aus DE 25 22 260 A1 ist eine Vorrichtung für Auswuchtma­ schinen zum Spannen eines Rotors bekannt, bei der der Rotor mit einer Anlagefläche an der Anlagefläche der Spannvorrichtung anliegt, welche Öffnungen zur Erzeugung eines Unterdrucks zwi­ schen dem Rotor und der Anlagefläche aufweist; eine ähnliche Ausgestaltung einer Spannvorrichtung ist US 2 955 829 zu entnehmen.

US 3 482 433 offenbart ein Meßsystem zur Abstandsmessung an einer Meßstelle mittels strömender Luft. Die Anströmung erfolgt aus zwei zusammenwirkenden Luftausströmöffnungen, die dieser Meßstelle zugeordnet sind. Aus DE-OS 16 23 266 ist ein Meßsystem zur Abstandsmessung mit zwei Meßstellen bekannt, mit dem über jeweils eine einer Meßstelle zugeordnete Luftausström­ öffnung der gegenseitige Abstand zweier Oberflächen bestimmbar ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Auswucht­ güte durch eine genaue Einspannung von zapfenlosen Rotoren zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungs­ beispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine automatische Überwachung der Einspannung möglich ist. So ist insbesondere bei automatischen Einspannvorrichtungen, die in der Regel pneumatische Einspannungen besitzen, bereits eine Druckluftquelle vorhanden. Es ist deshalb dann lediglich erfor­ derlich, entsprechende Austrittsöffnungen in der Anlageflä­ che vorzusehen und deren Durchflußmenge oder deren Druck zu messen. Würde z. B. der Rotor plan anliegen, wären die Aus­ trittsöffnungen abgedeckt, so daß ein Luftstrom oder eine Druckänderung bereits eine fehlerhafte Einspannung darstellen würde.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, durch die erfindungsgemäßen Austrittsöffnungen eine direkte Anlagekontrolle des Rotors vorzusehen, da dadurch sicher eine genaue Erkennung von Werk­ stückschiefstellungen möglich ist. Denn durch die Austrittsöff­ nungen an der Anlagefläche der Einspannvorrichtung wird unmittel­ bar die Anlagefläche des Rotors abgetastet, so daß keine indirekten Abweichungen anderer Bezugsgrößen in das Meßergebnis eingehen.

Insbesondere ist es durch die erfindungsgemäße Überwachungsein­ richtung in vorteilhafter Weise möglich, die Güte der Einspan­ nung für unterschiedliche Typen von zapfenlosen Rotoren festzu­ stellen. So können z. B. schon durch zwei abdeckbare Luftdüsen als Öffnungsschlitze Rotoren mit unterschiedlich großen Anlage­ flächen und unterschiedlich dicken Verbindungsflanschen auf ihre richtige Plananlage überprüft werden, ohne daß andere Sollwerte oder andere Abtastvorrichtungen vorgesehen werden müßten.

Darüber hinaus ist es bei der erfindungsgemäßen Überwachungs­ vorrichtung auch vorteilhaft, daß deren Anzeige einen Beitrag zur Arbeitssicherheit leistet. So ist es insbesondere bei Rotoren mit hoher Auswuchtdrehzahl wichtig, daß deren Einspannung si­ cher hält. Dies ist in der Regel gewährleistet, wenn die beiden Anlageflächen plan aufeinander anliegen, da dann eine Verkan­ tung oder andere Fehlermöglichkeiten weitgehend auszuschließen sind.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung einer Überwachungsvor­ richtung für Auswuchtmaschinen zur Kontrolle der Plananlage von Rotoren und

Fig. 2: die Draufsicht auf die Anlagefläche der Einspannvor­ richtung.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch einen auszuwuchten­ den Rotor 1, der mit einer Verbindungsfläche 3 parallel zu einer Anlagefläche 9 mit drei Luftaustrittsdüsen 4 als Luftausströmöffnungen angeord­ net ist. Die Anlagefläche 9 ist Teil einer Einspannvorrichtung 6, die über eine Luftmengenmeßeinrichtung 11 mit einer Druck­ luftquelle 12 verbunden ist.

Bei dem Rotor 1 handelt es sich um einen zapfenlosen Rotor, der mit einer ebenen Verbindungsfläche 3, die senkrecht zur Dreh­ achse 8 ausgerichtet ist, der Einspannvorrichtung 6 gegenüber steht. Dabei kann der Rotor 1 auf der Anlagefläche 9 der Ein­ spannvorrichtung 6 axial und/oder radial befestigt werden. Eine ausschließliche radiale Befestigung wird vorzugsweise bei ver­ tikalen Auswuchtmaschinen vorgenommen. Bei horizontaler Rotor­ lagerung wird der Rotor 1 meist durch Führungen radial zen­ triert und über Verbindungsmittel, wie z. B. Haltekluppen axial an der Einspannvorrichtung 6 befestigt. Dabei fassen die Halte­ kluppen meist auf einem ringförmigen Verbindungsflansch und pressen diesen mit seiner ebenen Fläche auf die Anlagefläche 9 der Einspannvorrichtung 6. Dabei ist die Anlagefläche 9 eben ausgebildet und stellt eine Plananlage dar.

Die Einspannvorrichtung 6 besteht aus der Anlagefläche 9, die in der Regel kreisrundförmig ausgebildet ist und in ihrem ebenen Teil über drei Luftaustrittsdüsen 4 verfügt. Die Luftaustritts­ düsen 4 stellen dabei Luftaustrittsöffnungen dar, die mit einer Druckluftquelle 12 mit konstantem Druck verbunden sind. Die Luftaustrittsdüsen 4 werden zweckmäßigerweise möglichst im Randbereich der Anlagefläche 9 angeordnet, um bei einer Schräg­ stellung 2 eine maximale Austrittsluftmenge feststellen zu können, wodurch sich die Empfindlichkeit auf einfache Weise erhöhen läßt. Mit den in der Anlagefläche 9 angeordneten Luftaus­ trittsdüsen 4 läßt sich durch Feststellung der Luftaustritts­ menge der Abstand bzw. die Plananlage des Rotors abtasten, so daß diese eine Abtastvorrichtung darstellt.

Die Luftaustrittsöffnungen könnten auch schlitzförmig oder als ein Luftaustrittsring ausgebildet sein. Es wäre auch mög­ lich, eine große abdeckbare Luftaustrittsfläche möglichst in der Mitte der Auflagefläche 9 anzuordnen. Bei einer düsen- oder schlitzförmigen Ausbildung der Luftaustrittsöffnungen ist es zweckmäßig, möglichst zwei in großem Abstand voneinander an­ geordneten Austrittsöffnungen vorzusehen, um auch kleine Schrägstellungen 2 des Rotors 1 feststellen zu können. Die drei Luftaustrittsdüsen 4 stellen kleine Bohrungen in der Anlagefläche 9 der Einspannvorrichtung 6 dar, die miteinander durch Luftzuführ­ leitungen 5 verbunden sind. Die Luftaustrittsdüsen 4 können an ihren Aus­ trittsöffnungen auch mit elastischen Abdichtmitteln versehen sein, so daß bei einer Anlage des auszuwuchtenden Rotors 1 die Luftaustrittsdüsen 4 vollständig geschlossen sind. Es könnten aber auch Luftabflußkanäle in der Anlagefläche vorgesehen werden, so daß sich durch eine Schrägstellung 2 des Rotors 1 lediglich die ausströmende Luftmenge ändert oder der Gegendruck.

Die drei Luftaustrittsdüsen 4 sind über eine Luftzuführleitung 5 mit einer Ventileinrichtung 10 verbunden, die die pneumati­ sche Ankopplung des rotierenden Teils der Einspannvorrichtung 6 von dem stationären Teil mit der Druckluftquelle 12 vor­ nimmt. Dabei ist diese Ventileinrichtung 10 als eine die Anlagefläche umgebende Ringnut ausgebildet, die durch eine einliegende Lippendichtung von der sie umgebenden Ringnut in dem stationären Teil ankoppelbar ist. In der Ringnut des sta­ tionären Teils ist die Lippendichtung eingelegt, die nach außen über eine größere wirksame Druckfläche verfügt als zu der nach der Anlagefläche gerichteten Ringnut. In dem Verbindungs­ steg der Lippendichtung, der die Druckluft von dem stationären Teil und dem beweglichen Teil der Einspannvorrichtung trennt, sind mehrere Drosselbohrungen vorgesehen, die beim Anlegen der Druckluftquelle 12 ein Andrücken der Lippendichtung an die Anlagefläche bewirken und bei einem Abschalten eine selbsttätige Abhebung von dieser hervorrufen, so daß nach dem Abtastvorgang keine mechanische Verbindung mit der drehbaren Anlagefläche mehr vorhanden ist.

Bei einer anderen Ausführungsart könnte die Ventileinrichtung 10 auch durch eine mit Keramikdichtmaterial abgedichteten Ring­ spalt ersetzt werden, so daß eine Kontrollmessung auch während des Auswuchtvorgangs möglich wäre. Dabei könnte dann auch eine Abweichung der Verbindungsfläche 3 des Rotors von der Anlagefläche 9 der Einspannvorrichtung 6 festgestellt werden.

Die Ventileinrichtung 10 ist eingangsseitig mit einer Luftmen­ genmeßeinrichtung 11 verbunden, durch die die aus den Luftaustrittsdüsen 4 austretende Druckluft meßbar ist. Bei der Über­ wachungsvorrichtung könnte aber auch eine Druckmeßeinrichtung vorgesehen werden, durch die der Druckabfall meßbar ist. Die Luftmengenmeßeinrichtung 11 ist zusätzlich mit einem elektri­ schen Anschluß 7 versehen, der diesen mit einer nicht darge­ stellten Auswerteeinrichtung verbindet. Die Luftmengenmeßein­ richtung 11 ermittelt die durchgeflossene Druckluftmenge und wandelt diese in eine elektrische Ausgangssgröße um, die der Auswerteeinrichtung zugeführt wird. Aufgrund der im eingespann­ ten Zustand ermittelten Durchflußmenge steuert die Auswerteein­ richtung eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen, die jeweils anzeigen, ob der Rotor 1 plan auf der Anlagefläche 9 Einspannvorrichtung aufliegt oder sich in Schrägstellung 2 befindet. Es ist auch vorsehbar, diese elektrischen Daten anderen Steuereinrichtungen zuzuführen, die bei einer unzureichenden Plananlage den Aus­ wuchtvorgang unterbrechen oder den Einspannvorgang wiederholen.

Drucklufteingangsseitig ist die Luftmengenmeßeinrichtung 11 mit einer Druckluftschaltvorrichtung 13 verbunden, die die Druck­ luftquelle 12 während der Einspannkontrollmessung zu den Luft­ austrittsdüsen 4 durchschaltet.

Die Fig. 2 der Zeichnung zeigt die Draufsicht auf die Plananla­ gescheibe 14 mit der Anordnung der drei Luftaustrittsdüsen 4. Dabei sind die drei Düsen gegeneinander in einem Winkel von 120° versetzt und befinden sich auf einer Kreisbahn 15, die nahe am Außenrand der Plananlagescheibe 14 angeordnet ist. Es könnten auch mehrere Düsen auf anderen Kreisbahnen oder beliebigen Punkten vorgesehen werden. Anhand praktischer Versuche hat sich jedoch herausgestellt, daß mindestens zwei oder drei Luftaus­ trittsdüsen 4 eine hinreichende Ermittlung der Einspanngüte ge­ währleisten.

Die anhand der Zeichnung beschriebene Vorrichtung zur Kontrolle der Plananlage arbeitet wie folgt:

Zunächst soll angenommen werden, daß der Rotor 1 ordnungsgemäß in der Einspannvorrichtung 6 eingespannt ist und deshalb plan auf der Anlagefläche 9 der Einspannvorrichtung 6 aufliegt. Sobald der Einspannvorgang abgeschlossen ist, betätigt der Auswuchter oder eine selbsttätige Einrichtung die Druckluft­ schaltvorrichtung 13, so daß die Druckluft von der Druckluft­ quelle 12 über den Luftmengenmesser 11, die Ventileinrichtung 10 zu den Luftaustrittsdüsen 4 strömt. Da der Rotor 1 plan auf der Anlagefläche 9 aufliegt, deckt er die Luftaustrittsdüsen 4 vollständig ab, so daß praktisch keine Druckluft ausströmt und der Luftmengenmesser nach einer bestimmten Zeit keine Luftströ­ mung mehr ermittelt. Durch die Auswerteeinrichtung wird nach einer festlegbaren Zeit die Luftdurchflußmenge abgefragt und ein Signal erzeugt, das die ordnungsgemäße Einspannung dar­ stellt. Dieses Signal wird zur Ansteuerung einer Anzeigevor­ richtung benutzt, wonach der Auswuchtvorgang beginnen kann. Dieser kann durch die Auswerteeinrichtung selbsttätig gestartet werden oder auch manuell durch den Auswuchter erfolgen.

Die Vorrichtung ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß die Luftaustrittsdüsen 4 nicht vollständig abgedeckt sind, sondern stets eine bestimmte Luftmenge ausströmt. Da diese dann abhängig ist von dem Abstand des Rotors 1 von der Anlagefläche 9 oder dessen Schräglage 2, ist die Auswerteeinrichtung so ausgebildet, daß sie erst beim Überschreiten einer bestimmten Luftaustrittsmenge ein Fehlersignal oder Abweichungssignal erzeugt, durch das die unzureichende Plananlage signalisiert wird. Bei allen Ausführungen kann auch ein Toleranzbereich vorgegeben werden, bei dessen Luftaustrittsmenge noch eine genügende Plananlage festgestellt wird. Bei entsprechender Schräglage 2 des Rotors 1 wird in jedem Fall die tolerierbare Luftmenge überschritten, so daß die Auswerteeinrichtung ein Signal erzeugt, das diese Schrägstellung darstellt. Dabei wird der Auswerteeinrichtung ein bestimmter Sollwert vorgegeben, bei dessen Überschreitung ein Abweichungssignal erzeugt wird, das die unzureichende Plananlage signalisiert. Diese Auswertung kann auch durch einen entsprechenden Luftmengenmesser erfolgen.

Soweit besonders geringe Abweichungen der Plananlage festge­ stellt werden sollen, wird vorzugsweise eine Differenzdruckmes­ sung durchgeführt. Dazu ist eine Referenzdüse vorgesehen, die die Druckluft gegen eine Fläche strömen läßt, die in einem definierten Abstand von dieser angeordnet ist. Mit Hilfe von Differenzdruckmeßdosen kann nun sehr genau festgestellt werden, wenn in einer Luftausströmöffnung der Gegendruck den Referenzdruck überschreitet. In einem derartigen Fall wäre der Referenzab­ stand überschritten, was durch entsprechende Signalisierungs­ einrichtungen anzeigbar ist.

Claims (6)

1. Überwachungsvorrichtung für eine Auswuchtmaschine zur Kon­ trolle der Plananlage eines Rotors in einer Einspannvor­ richtung bei der eine Abtastvorrichtung vorgesehen ist, die verschiedene Abstände des Anlageteils des Rotors mißt und bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert ein Abweichungssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung aus mindestens einer mit einer Druckluft­ quelle (12) versehenen, in einer Anlagefläche(9) der Einspannvorrichtung (6) angeordneten Luftausströmöffnung (Luftaustrittsdüsen 4) besteht, daß Mittel vorgesehen sind, um die Durchflußmenge oder den Druck ausströmender Druck­ luft zu bestimmen und daß eine Auswerteeinrichtung vorgese­ hen ist, die bei einer Abweichung von einem vorgegebenen Wert ein Signal erzeugt, das eine unzureichende Plananlage signalisiert.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftausströmöffnung aus mindestens zwei Luftaustrittsdüsen (4) besteht, die so auf der Anlagefläche (9) angeordnet sind, daß sie einen möglichst großen Abstand voneinander besitzen.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftausströmöffnung aus mindestens einem um den Mittelpunkt geführten Ringschlitz besteht oder als flächige Öffnung im Mittelpunkt ausgebildet ist.

4. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel eine Luft­ mengenmeßeinrichtung (11) vorgesehen ist, die ein elektri­ sches Signal erzeugt, das der Durchflußmenge der ausströ­ menden Druckluft proportional ist und der Auswerteeinrich­ tung zugeführt wird, die beim Überschreiten einer vorgege­ benen Luftaustrittsmenge das Signal erzeugt, das die unzureichende Plananlage signalisiert.

5. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß als Mittel ein Differenzdruck­ messer vorgesehen ist, der den Druck in den Luftausström­ öffnungen (Luftaustrittsdüsen 4) mit einem definierten Referenzdruck vergleicht und bei einer vorgegebenen Abwei­ chung dies als unzureichende Plananlage signalisiert.

6. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung (10) vorgesehen ist, die in einem Ringspalt des drehbaren Spannvorrichtungsteils und einem ihr gegenüberliegenden Ringspalt in dem stationären Teil der Einspannvorrichtung (6) angeordnet ist und eine ringförmige Lippendichtung mit Drosselbohrungen enthält, die unterschiedliche wirksame Querschnitte zur beweglichen und stationären Seite auf­ weist, wodurch beim Abschalten der Druckluftquelle (12) selbsttätig eine mechanische Trennung zwischen dem statio­ nären und dem drehbaren Teil der Einspannvorrichtung (6) ent­ steht.