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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine zum Testen eines dynamischen
Gleichgewichts und insbesondere eine Maschine zum Testen eines dynamischen
Gleichgewichts und zum Messen eines Ungleichgewichts einer asymmetrischen
Kurbelwelle.
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Zu
Kurbelwellen, die einen Hauptteil eines Verbrennungsmotors darstellen,
zählen
sogenannte asymmetrische Kurbelwellen. Typische asymmetrische Kurbelwellen
sind zum Beispiel Kurbelwellen von 3-Zylinder- oder 6-Zylinder-V-Motoren.
Die Gewichtsverteilung einer derartigen asymmetrischen Kurbelwelle
ist in Bezug auf ihre Rotationsachsenmitte nicht symmetrisch, und
eine asymmetrische Kurbelwelle als ein einzelner Körper weist
aufgrund ihres vorbestimmten dynamischen Ungleichgewichts ein (als
freies Moment bezeichnetes) Moment auf. Wenn ein Rotationsungleichgewicht
einer derartigen asymmetrischen Kurbelwelle gemessen werden soll,
muss das oben erwähnte
freie Moment geschickt behandelt werden, weil aufgrund des freien
Moments große Schwingungen
auftreten.
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Um
dies ausführlicher
auszudrücken,
ist es nicht zufriedenstellend, ein Rotationsungleichgewicht einer
asymmetrischen Kurbelwelle als ein einzelner Körper zu korrigieren, sondern
es ist notwendig, ein Rotationsungleichgewicht einer asymmetrischen Kurbelwelle
zu korrigieren, die mit einem Kolben und einer Pleuelstange ausgestattet
ist. Deshalb wurde das folgende Verfahren zum Korrigieren eines
Rotationsungleichgewichts einer asymmetrischen Kurbelwelle vorgeschlagen.
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Vor
dem Messen eines Rotationsungleichgewichts einer asymmetrischen
Kurbelwelle wird ein freies Moment kompensiert, indem ein Blindgewicht an
jedem Kurbelzapfen der Kurbelwelle angebracht wird, wobei das Gewicht
des Blindgewichtes das gleiche ist wie das Gewicht einer Pleuelstange
und eines Kolbens, die an dem Kurbelzapfen angebracht werden sollen.
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Gemäß diesem
Verfahren wird jedoch das Anbringen und Entfernen des Blindgewichts
oftmals von Hand durchgeführt,
und das Automatisieren des Vorgangs ist schwierig. Wenn eine automatische Blindgewichtanbringungs-
und -entfernungseinrichtung hergestellt werden sollte, weist eine
derartige Einrichtung außerdem
durch ihre komplizierte Struktur einen Nachteil auf und wird insgesamt
sehr teuer sein. Zudem erfordert das Anbringen und Entfernen des
Blindgewichts viel Zeit, und deshalb weist dieses Verfahren auch
den Nachteil auf, dass die Zeit zum Messen eines Rotationsungleichgewichts
einer Kurbelwelle, eine sogenannte Zykluszeit, lang wird.
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In
dieser Hinsicht wurde eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der eine
Kurbelwelle als ein Prüfstück und eine
Blindwelle mit einem Blindgewicht drehbar an einer Vibrationswiege
angebracht werden und mechanisch mit einer Rotationsantriebseinrichtung
verbunden werden und durch synchrones Drehen der Kurbelwelle und
des Blindgewichts ein freies Moment der Kurbelwelle durch ein freies
Moment des Blindgewichts aufgehoben wird (beispielsweise
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 7-306112 (1995), Absatz [00005]). Da bei solchen Anordnungen
das freie Moment der Kurbelwelle durch die Drehung der Blindwelle
aufgehoben wird, kann das Rotationsungleichgewicht der Kurbelwelle geeignet
gemessen werden, ohne durch das freie Moment der Kurbelwelle behindert
zu werden.
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Dieser
Stand der Technik hat jedoch das Problem, dass, da die Blindwelle
mechanisch mit der Rotationsantriebseinrichtung der Kurbelwelle
verbunden ist, viel Zeit erforderlich ist, um in dem mechanischen
Verbindungsabschnitt Seilrollen, Zahnräder und dergleichen einzustellen,
und Abweichungen in Präzision,
Genauigkeit, Gewichtsverteilung und dergleichen der Teile in dem
Verbindungsabschnitt beeinflussen im Allgemeinen die Messgenauigkeit.
Außerdem
hat diese Einrichtung das Problem, dass es schwierig ist, den Aufbau
der Einrichtung zu ändern, wenn
ein Ungleichgewicht jeder der mehreren Kurbelwellen mit vielen Arten
gemessen wird.
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Aus
US-A-3,871,234 ist
eine dynamische Auswuchtmaschine zum Auswuchten von Motorkurbelwellen
bekannt, umfassend Komponenten zum Simulieren von Unwuchteffekten,
denen die Kurbelwelle bei Gebrauch ausgesetzt sein wird, und Mittel zum Justieren
der axialen Position mindestens einer der eine Umwucht simulierenden
Komponenten, damit die Maschine mit schneller Konvertierbarkeit
an verschiedenen Kurbelwellenarten verwendet werden kann. Die eine
Unwucht simulierenden Komponenten sind durch eine Antriebsarretierung
mechanisch an die Kurbelwelle gekoppelt, um synchron mit der Kurbelwelle
angetrieben zu werden.
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Eine
weitere dynamische Auswuchtmaschine der bekannten Art ist aus
DE-A-43 34 244 bekannt. Bei dieser
Auswuchtmaschine sind eine Unwucht simulierende Komponenten an einer
justierenden Hülse
angeordnet, die in unterschiedlichen Winkelpositionen an die Kurbelwelle
gekoppelt werden kann, um den simulierten Unwuchteffekt an verschiedene
Kurbelwellenarten anzupassen.
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Bei
einem weiteren Beispiel des Stands der Technik wurde vorgeschlagen,
dass eine Kurbelwelle als Prüfstück gedreht
wird und eine künstlich
erzeugte Schwingung aufgrund eines freien Moments der Kurbelwelle
und eine Schwingung aufgrund eines Ungleichgewichts der Kurbelwelle,
die korrigiert werden soll, gemessen wird und die Schwingung aufgrund
des freien Moments elektrisch behandelt und entfernt wird (siehe
z.B.
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
Nr. 2001-255227 oder
EP 1 134 569 A2 ).
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Dieser
Stand der Technik hat jedoch das Problem, dass das freie Moment
der Kurbelwelle um das mehrmals das Zehn- bis Hundertfache so groß ist wie das
zu messende Ungleichgewicht der Kurbelwelle und das Entfernen der
Schwingung aufgrund eines derartigen großen freien Moments durch elektrische Kompensation
zu einem Absenken der Messgenauigkeit führt. Zudem besteht das weitere
Problem, dass eine Kalibrierung (Revision) oftmals ausgeführt werden
muss, um eine derartige Einrichtung über lange Zeit zu verwenden.
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Eine
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der
Probleme des oben erwähnten
Standes der Technik und dem Zurverfügungstellen einer Maschine
zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts, die in der Lage ist,
den Aufbau der Maschine entsprechend unterschiedlicher Arten und
Gestalten der Kurbelwelle, deren Ungleichgewicht gemessen werden
soll, leicht zu ändern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts zu schaffen,
die mit mechanischen Anordnungen zum Aufheben eines freien Moments
einer asymmetrischen Kurbelwelle versehen ist und ein Rotationsungleichgewicht
der asymmetrischen Kurbelwelle genau messen kann.
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Die
Erfindung nach Anspruch 1 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen
Gleichgewichts, umfassend: eine Vibrationswiege, die derart vorgesehen
ist, dass die Wiege entsprechend dem Ungleichgewicht in Schwingungen
versetzt werden kann, wenn ein Ungleichgewicht eines Prüfstücks gemessen
wird; eine Prüfstückantriebseinrichtung,
die in der Vibrationswiege vorgesehen ist und eine Rotationswelle
aufweist, um das Prüfstück zu drehen, dessen
Ungleichgewicht gemessen wird, eine in der Vibrationswiege vorgesehene
Kompensationsrotationswelle mit einer Rotationswellenpositionierung
auf der gleichen Linie oder einer Linie parallel zur Rotationsachsenmitte
des Prüfstücks und
einem für
die Rotationswelle vorgesehenen Kompensationsgewicht, wobei das
Kompensationsgewicht ausgelegt ist, beim Drehen durch die Rotationswelle
eine Schwingung zu erzeugen zum Aufheben der in der Wiege beim Drehen
des Prüfstücks erzeugten,
auf ein vorbestimmtes Ungleichgewicht des Prüfstücks zurückzuführenden Schwingung, und ein
für die
Vibrationswiege vorgesehenes Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel
zum Drehen der Kompensationsrotationswelle derart, dass das Prüfstück und die Kompensationsrotationswelle
synchron gedreht werden, und wobei die Prüfstückantriebseinrichtung und das
Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel, das von der Prüfstückantriebseinrichtung
getrennt ist, an der Vibrationswiege angebracht sind, und eine Synchronsteuerschaltung
vorgesehen ist zum Steuern des Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittels derart,
dass seine Drehzahl und seine Drehphase mit jenen des Prüfstücks übereinstimmen.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
2 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
nach Anspruch 1, wobei die Prüfstückantriebseinrichtung
angewendet werden kann, mehrere Prüfstücke unterschiedlicher Arten
oder Gestalten zu drehen, um deren Ungleichgewicht zu messen, wobei
die Kompensationsrotationswelle meh rere Kompensationsrotationswellen
entsprechend den Arten oder Gestalten der Prüfstücke, deren Ungleichgewichte
gemessen werden sollen, aufweist, und das Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel
angewendet werden kann, um eine der mehreren Kompensationsrotationswellen
entsprechend einem Prüfstück, dessen
Ungleichgewicht gemessen werden soll, selektiv zu drehen.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
3 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
nach Anspruch 2, wobei das Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel separat
für jede
Kompensationsrotationswelle vorgesehene Antriebsmittel aufweist.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
4 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
nach einem der Ansprüche
1 bis 3, umfassend: Mittel zum Ausgeben eines Referenzsignals immer
dann, wenn ein vorbestimmter Abschnitt des Prüfstücks durch eine von dem Prüfstückantriebsmittel
durchgeführte
Drehung ging, wobei das Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel
auf der Basis des Referenzsignals gesteuert werden kann, um die Kompensationsrotationswelle
synchron mit dem Referenzsignal zu drehen.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
5 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
nach Anspruch 4, wobei das Prüfstück eine Kurbelwelle
ist und das Referenzsignal-Ausgabemittel einen optischen Sensor
umfasst zum Ausgeben eines den Drehungsort eines Kurbelzapfens der
Kurbelwelle schneidenden Sensorlichts, um auf der Basis der durch
den sich drehenden Kurbelzapfen verursachten Unterbrechung des Sensorlichts
ein Referenzsignal auszugeben.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
6 ist eine Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
nach Anspruch 5, wobei das Referenzsignal-Ausgabemittel betrieben
werden kann, um als Referenzsignal die mittlere Unterbrechung einer Dauer
auszugeben, in der das Sensorlicht von dem Kurbelzapfen unterbrochen
wird.
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Da
gemäß der Erfindung
nach Anspruch 1 die Kompensationsrotationswelle und das Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel
mechanisch von dem Prüfstückantriebsmittel
getrennt sind, kann die Kompensationsrotationswelle in einer derartigen Position
angeordnet sein, dass der Aufbau der Maschine leicht geändert werden
kann. Selbst in einem Fall, wo nur eine Kompensationsrotationswelle
vorgesehen ist, kann die Maschine durch Ändern eines an der Kompensationsrotationswelle
zu montierenden Kompensationsgewichts mehrere Prüfstücke unterschiedlicher Arten
oder Gestalten behandeln.
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Zudem
sind gemäß der Erfindung
nach den Ansprüchen
2 und 3 mehrere Kompensationsrotationswellen entsprechend den Arten
oder Gestalten von Prüfstücken vorgesehen,
deren Ungleichgewicht gemessen werden soll. Durch selektives Drehen
einer der mehreren Kompensationsrotationswellen entsprechend einem
Prüfstück kann
deshalb das freie Moment des Prüfstücks durch
die Drehung der Kompensationsrotationswelle aufgehoben werden. Außerdem ist
es in einem Fall, wo sich die Art eines Prüfstücks ändert, nur erforderlich, eine
der Art entsprechende Kompensationsrotationswelle auszusuchen und
selbige zu drehen. Die Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
ist deshalb derart, dass der Aufbau der Maschine entsprechend der
Art jedes Prüfstücks leicht
geändert
werden kann.
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Mehrere
Arten von Kompensationsrotationswellen sind entsprechend den Arten
oder den Gestalten von Prüfstücken vorgesehen.
Jedoch ist es möglich,
dass zum Antreiben dieser Kompensationsrotationswellen nur ein einzelnes
Antriebsmittel vorgesehen ist oder dass eine entsprechende Anzahl
von Antriebsmitteln für
jede der Kompensationsrotationswellen vorgesehen ist. In einem Fall,
in dem nur ein einzelnes Antriebsmittel vorgesehen ist und das Antriebsmittel
einen Motor enthält,
kann die Motorwelle sowohl nach vorne als auch nach hinten vorstehen, und
Kompensationsrotationswellen können
an der Vorder- und Rückseite
des Motors angeordnet und jeweils über Kupplungen verbunden sein.
In diesem Fall können
zwei Arten von Kompensationsrotationswellen selektiv gedreht werden,
indem die Kupplung umgeschaltet wird.
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Zudem
können
solche Anordnungen übernommen
werden, bei welchen die Antriebskraft des Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittels
selektiv über
die Kupplungen, Seilrollen oder dergleichen zu den mehreren Kompensationsrotationswellen übertragen
wird.
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Zudem
kann das Kompensationsrotationswellen-Antriebsmittel für jede Kompensationsrotationswelle
gemäß der Anordnung
nach Anspruch 3 vorgesehen sein.
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Gemäß den Anordnungen
nach Anspruch 4 kann die Drehung eines von dem Prüfstückantriebsmittel
gedrehten Prüfstücks präzise detektiert
und die Kompensationsrotationswelle synchron mit der Drehung des
Prüfstücks gedreht
werden.
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Insbesondere
in einem Fall, in welchem das Prüfstück eine
Kurbelwelle ist, wird es im Hinblick auf die Zuverlässigkeit
der Maschine bevorzugt, dass die Drehposition eines in der Kurbelwelle
enthaltenen Kurbelzapfens von einem optischen Sensor ermittelt wird
und die Kompensationsrotationswelle synchron mit der Drehung der
Kurbelwelle auf der Basis eines Ausgangssignals des optischen Sensors
gedreht wird, entsprechend Anspruch 5.
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Zudem
kann gemäß Anspruch
6 in einem Fall, in dem die Mitte einer Dauer, während der das Sensorlicht von
dem Kurbelzapfen unterbrochen wird, als ein Referenzsignal verwendet
wird, das Ungleichgewicht des Prüfstücks gemessen
werden, ohne von Schwankungen hinsichtlich Größe des Kurbelzapfens oder dem
Größenunterschied
in Richtung des Halbdurchmessers ab der Rotationsachsenmitte des
Kurbelzapfens beeinflusst zu werden, so dass die Zuverlässigkeit
der Maschine erhöht
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung mit den oben erwähnten
Anordnungen kann ein Ungleichgewicht insbesondere einer asymmetrischen
Kurbelwelle präzise
gemessen werden. Außerdem
kann eine derartige Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
so ausgestaltet werden, dass der Aufbau der Maschine leicht geändert werden kann.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen ausführlich
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Diagramm, das eine Ausgestaltung einer Maschine zum Testen eines
dynamischen Gleichgewichts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 ein
Diagramm zum Veranschaulichen einer Funktion der Maschine zum Testen
eines dynamischen Gleichgewichts mit der in 1 gezeigten Ausgestaltung,
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3 ein
Blockdiagramm, das die Steuerschaltungsausgestaltung eines Synchronmotors
in der in 1 gezeigten Maschine zum Testen
eines dynamischen Gleichgewichts zeigt,
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4 ein
Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Anordnung eines optischen
Sensors und eines Kurbelzapfens zeigt,
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5 ein
Diagramm zum Darstellen von Ausgabeimpulsen eines optischen Sensors 18 (Licht empfangendes
Element 14) entsprechend 4 und
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6 eine
konzeptionelle Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Maschine zum
Testen eines dynamischen Gleichgewichts gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird bei einer Maschine zum
Testen eines dynamischen Gleichgewichts gemäß dieser Ausführungsform
eine Vibrationswiege 1 beispielsweise durch vier tragende
Federn 2 gehalten, die vertikal so auf einer Basis 20 aufgesetzt
sind, dass sie in Schwingungen versetzt werden. Das heißt, die
Vibrationswiege 1 ist derart ausgestaltet, dass sie in
Abhängigkeit
von dem Ungleichgewichtsausmaß eines
Prüfstücks in Schwingungen versetzt
werden kann, wenn dieses gemessen wird. Auf der Vibrationswiege 1 ist
ein Paar Stützen 3, 3' vertikal aufgesetzt.
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Die
Stützen 3, 3' tragen drehbar
ein Lagerwalzenpaar 4 beziehungsweise 4'. Eine asymmetrische
Kurbelwelle 5 wird als Prüfstück an ihren beiden Enden von
zwei Lagerwalzenpaaren 4, 4' getragen.
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Ein
Antriebsmotor 8 ist beispielsweise an der unteren Oberfläche der
Vibrationswiege 1 vorgesehen. Die Rotationskraft des Antriebsmotors 8 wird von
einem Seilzug 15, einem Antriebsriemen 7 und einem
Seilzug 16 auf ein Lagerwalzenpaar 4' übertragen.
Mit anderen Worten, es wird das Lagerwalzenpaar 4' von dem Antriebsmotor 8 gedreht.
Mit der Drehung des Lagerwalzenpaars 4' wird die darauf montierte asymmetrische
Kurbelwelle 5 gedreht. Da das andere Ende der asymmetrischen
Kurbelwelle 5 von dem anderen Lagerwalzenpaar 4 aufgenommen ist,
dreht sich die asymmetrische Kurbelwelle 5 auf den beiden
Lagerwalzenpaarsätzen 4, 4' mit der Drehung
des Lagerwalzenpaars 4'.
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In
einem Fall, in dem die sich drehende asymmetrische Kurbelwelle 5 ein
Ungleichgewicht aufweist, wird die Vibrationswiege 1 in
einem vorbestimmten Ausmaß entsprechend
dem Ausmaß und Winkel
des Ungleichgewichts in Schwingungen versetzt. Ein Erfassen der
Schwingungen der Vibrationswiege 1 wird dadurch erreicht,
dass auf der Basis 20 vorgesehene Schwingungsdetektoren 6, 6' die Schwingung
von diese erfassenden Stäben 17, 17' ermittelt,
die beispielsweise an der unteren Oberfläche der Vibrationswiege 1 fixiert
sind und sich von dort nach unten erstrecken.
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Weiterhin
ist bei dieser Ausführungsform
ein Lagerpaar 12 beispielsweise an der unteren Oberfläche der
Vibrationswiege 1 angebracht, und eine Kompensationsrotationswelle 10 wird
drehbar von dem Lagerpaar 12 gehalten. Die Kompensationsrotationswelle 10 ist
derart angeordnet, dass ihre Rotationsachsenmitte parallel zu der
Rotationsachsenmitte der von den Lagerwalzenpaaren 4, 4' aufgenommenen
asymmetrischen Kurbelwelle 5 verläuft. An dieser Kompensationsrotationswelle 10 sind
Kompensationsgewichte 11 angebracht, die ein Moment erzeugen
können,
das das freie Moment der asymmetrischen Kurbelwelle 5 aufhebt.
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Zudem
ist ein Motor 9 an der unteren Oberfläche der Vibrationswiege 1 vorgesehen
und die Rotationswelle des Motors 9 mit der Kompensationsrotationswelle 10 so
verbunden, dass die Kompensationsrotationswelle 10 von
dem Motor 9 gedreht wird.
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Zudem
ist ein optischer Sensor 18 vorgesehen, der ein Licht emittierendes
Element 13 und ein Licht empfangendes Element 14 aufweist,
um ein Referenzsignal bei jeder einzelnen Drehung eines vorbestimmten
Kurbelzapfens 51 der von den beiden Sätzen von Lagerwalzenpaaren 4, 4' aufgenommenen
asymmetrischen Kurbelwelle 5 auszugeben.
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Wie
unten erwähnt,
werden die Drehzahl und die Drehphase des Motors 9 auf
der Basis eines von dem optischen Sensor 18 ausgegebenen
Referenzsignals gesteuert.
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2 veranschaulicht
eine Funktion der Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts
mit der in 1 gezeigten Ausgestaltung. In 2,
die die Vibrationswiege 1 in Draufsicht zeigt, ist die
Beziehung zwischen dem durch die Drehung der asymmetrischen Kurbelwelle 5 erzeugten
freien Moment, dem Ausmaß des
Ungleichgewichts und dem durch die Drehung der Kompensationsrotationswelle 10 erzeugten
Kompensationsmoment dargestellt.
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Die
asymmetrische Kurbelwelle 5 als ein einzelner Körper weist
ein großes
Moment auf, nämlich ein
freies Moment, wie oben erwähnt.
Dieses freie Moment hängt
von der Grundgestalt der asymmetrischen Kurbelwelle 5 ab,
und wenn die asymmetrische Kurbelwelle 5 in einen Verbrennungsmotor
eingebaut ist und eine Pleuelstange und ein Kolben an einem Kurbelzapfen
der asymmetrischen Kurbelwelle 5 angebracht sind, wird
das freie Moment durch die Gewichte der Pleuelstange und des Kolbens
aufgehoben. Die asymmetrische Kurbelwelle 5 weist zusätzlich zu
dem freien Moment ein durch eine Ungleichgewichtsmessung zu messendes
und durch Ungleichgewichtskorrektur zu entfernendes Ungleichgewicht
auf. In vielen Fällen
ist ein derartiges zu korrigierendes Ungleichgewicht viel kleiner
als das freie Moment.
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Wenn
die Kompensationsrotationswelle 10 von dem Motor 9 gedreht
wird, wird aufgrund der Funktion der an der Kompensationsrotationswelle 10 angebrachten
Kompensationsgewichte 11 ein Kompensationsmoment erzeugt.
Wenn der Motor 9 so gesteuert wird, dass die Drehzahl der
Kompensationsrotationswelle 10 gleich der der asymmetrischen
Kurbelwelle 5 wird und die Drehphase der Kompensationsrotationswelle 10 mit
der der asymmetrischen Kurbelwelle 5 übereinstimmt, wird das Kompensationsmoment
zu einem Moment, das so groß ist
wie das freie Moment und die umgekehrte Richtung zur Richtung des
freien Moments aufweist. Deshalb gleichen sich die Schwingungen
auf der Basis des freien Moments und die Schwingungen auf der Basis
des Kompensationsmoments gegenseitig aus, und eine etwaige Schwingung
der Vibrationswiege 1 wird nicht auf der Basis des freien
Moments erzeugt. Folglich schwingt die Vibrationswiege 1 nur
aufgrund eines Ungleichgewichts der asymmetrischen Kurbelwelle, das
korrigiert werden soll.
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3 ist
ein Blockdiagramm der SteuerschaltungsAusgestaltung des Motors 9 in
der in 1 gezeigten Maschine zum Testen eines dynamischen
Gleichgewichts. Wie oben erwähnt,
wird der Drehzustand des (in 3 nicht
gezeigten) vorbestimmten Kurbelzapfens 51 der asymmetrischen
Kurbelwelle 5 von dem optischen Sensor 18 erfasst,
und ein Referenzsignal für
synchrone Drehung wird bei jeder einzelnen Drehung des Kurbelzapfens 51, nämlich der
asymmetrischen Kurbelwelle 5, von dem optischen Sensor 18 an
eine Synchronsteuerschaltung 21 ausgegeben. Andererseits
ist die Kompensationsrotationswelle 10 beispielsweise direkt
mit dem Motor 9 verbunden, so dass die Kompensationsrotationswelle 10 bei
jeder Drehung des Motors 9 einmal gedreht wird. Der Motor 9 ist
mit einem Geber 23 versehen, über den der Drehzustand des
Motors 9 ermittelt und an die Rotationssteuerschaltung 21 weitergegeben
wird.
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In
der Rotationssteuerschaltung 21 wird das den Drehzustand
des Motors 9 angebende Signal von dem Geber 23 mit
dem Referenzsignal von dem optischen Sensor 18 verglichen,
und ein Steuersignal mit der Drehzahl und der Drehphase des Motors 9 entsprechend
jenen der asymmetrischen Kurbelwelle 5 wird erzeugt und
an einen Servotreiber 22 abgegeben. Dann wird die Drehung
des Motors 9 von dem Servotreiber 22 gesteuert.
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Dadurch
werden der Motor 9 und die asymmetrische Kurbelwelle 5 mit
der gleichen Drehzahl und in der gleichen Drehphase zueinander gedreht, und
auch die direkt mit dem Motor 9 verbundene Kompensationsrotationswelle 10 und
die asymmetrische Kurbelwelle 5 werden mit der gleichen
Drehzahl und in der gleichen Drehphase zueinander gedreht.
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Folglich
wird durch die Drehung der Kompensationsrotationswelle 10 ein
Kompensationsmoment zum Aufheben des freien Moments der asymmetrischen
Kurbelwelle 5 erzeugt.
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4 veranschaulicht
die Beziehung zwischen der Anordnung des optischen Sensors 18 (dem
Licht emittierenden Element 13 und dem Licht empfangenden
Element 14) und einem Kurbelzapfen 51. Bei dem
optischen Sensor 18 mit dem Licht emittierenden Element 13 und
dem Licht empfangenden Element 14 geht Sensorlicht (Sensorstrahl)
geradeaus von dem Licht emittierenden Element 13 zu dem Licht
empfangenden Element 14. Das Sensorlicht wird so emittiert,
dass es den Drehungsort des Kurbelzapfens 51 schneidet.
Das heißt,
die Positionen des Licht emittierenden Elements 13 und
des Licht empfangenden Elements 14 sind derart angeordnet, dass
das geradeaus von dem Licht emittierenden Element 13 zu
dem Licht empfangenden Element 14 verlaufende Sensorlicht
den Drehungsort des Kurbelzapfens 51 schneiden kann.
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In 4 ist
das von dem Licht emittierenden Element 13 zu dem Licht
empfangenden Element 14 projizierte Sensorlicht derart
neben der Drehmitte der Kurbelwelle 5 positioniert, dass
es den Drehungsort der Mitte des Kurbelzapfens 51 schneiden
kann. Dadurch wird das Sensorlicht während jeder einzelnen Drehung
des Kurbelzapfens 51 einmal unterbrochen. Genauer gesagt,
wird in dem in 4 gezeigten Fall das Sensorlicht
nicht unterbrochen, während
sich der Kurbelzapfen 51 in dem Bereich von 0° bis 180° befindet,
wird aber unterbrochen, während
er sich in dem Bereich von 180° bis
360° (0°) befindet.
Daher ist das Ausgangssignal des Licht empfangenden Elements 14 ein
in 5 mit Bezeichnung A gezeigtes Impulssignal.
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Der
oben erwähnte
Winkel ist jedoch nur ein Beispiel, und der Wert des Winkels ändert sich
mit dem Durchmesser des Kurbelzapfens 51, der Anordnung
des optischen Sensors 18 und dergleichen.
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Da
in dem in 4 und 5 gezeigten
Fall bei jeder einzelnen Drehung des Kurbelzapfens 51 ein
Impuls ausgegeben wird, kann der Anstieg (Referenzsignal 1), das
Abklingen (Referenzsignal 2) oder die Mitte (Referenzsignal 3) des
Impulses als ein Referenzsignal erhalten werden.
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Um
in dem oben erwähnten
Fall die Mitte des Impulses (Referenzsignal 3) als ein Referenzsignal zu
erhalten, ist es lediglich erforderlich, die Zeit von dem Anstieg
bis zum Abklingen des Impulses mit einem Taktgeber zu messen und
die Mitte dieser Zeit als die Mitte des Impulses zu erkennen. Die
erkannte Mitte des Impulses wird dann als Referenzsignal zur Steuerung
verwendet. Wenn ein Referenzsignal auf der Basis der Mitte des Impulses
erhalten wird, mit anderen Worten auf der Basis der Zeit, zu der
die Mitte des Kurbelzapfens 51 das Sensorlicht unterbricht, weist
dies den Vorteil auf, dass winzige Fehler beim Durchmesser des Kurbelzapfens 51 absorbiert
werden können,
dass winzige Unterschiede bei der Armlänge des Kurbelzapfens 51 (der
Länge von
der Drehmitte der Kurbelwelle zur Mitte des Kurbelzapfens 51),
sofern sie vorliegen, absorbiert werden können und so weiter.
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Bei
der oben erwähnten
Ausführungsform umfasst
der optische Sensor 18 das Licht emittierende Element 13 und
das Licht empfangende Element 14, doch kann stattdessen
ein optischer Sensor vom Reflexionstyp verwendet werden. Zudem kann
anstelle des optischen Sensors eine andere Anordnung eingesetzt
werden, bei der ein Referenzsignal durch einen Näherungsschalter oder dergleichen
ausgegeben wird. Es ist lediglich erforderlich, eine solche Anordnung
einzusetzen, bei der das Sensorlicht während einer Drehung des Kurbelzapfens
einmal unterbrochen wird, oder eine solche Art und Anordnung des
Sensors, dass bei einer Drehung des Kurbelzapfens ein Signal ausgegeben
wird.
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Bei
der oben erwähnten
Ausführungsform wurde
beschrieben, dass, da in Bezug auf die Vibrationswiege 1 die
asymmetrische Kurbelwelle 5 auf der oberen Seite und die
Kompensationsrotationswelle 10 an der unteren Seite vorgesehen
sind, die asymmetrische Kurbelwelle 5 und die Kompensationsrotationswelle 10 so
gesteuert werden, dass sie mit der gleichen Drehphase gedreht werden.
Bei einem Fall jedoch, in dem die asymmetrische Kurbelwelle 5 und
die Kompensationsrotationswelle 10 beide an der oberen
Oberfläche
der Vibrationswiege 1 vorgesehen sind, ist es nur erforderlich,
die asymmetrische Kurbelwelle 5 und die Kompensationsrotationswelle 10 so
zu steuern, dass sie die umgekehrte Drehphase zueinander aufweisen
oder dass sie in den entgegengesetzten Richtungen zueinander gedreht
werden. Mit anderen Worten, ist es lediglich erforderlich, die Drehzahl
und die Drehphase der Kompensationsrotationswelle 10 auf
solche Weise zu steuern, dass das von der asymmetrischen Kurbelwelle 5 erzeugte
freie Moment mit dem von der Kompensationsrotationswelle 10 erzeugten
Kompensationsmoment ausgeglichen werden kann.
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6 ist
eine konzeptionelle Ansicht, die die Ausgestaltung einer Maschine
zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der die Vibrationswiege 1 in
Draufsicht dargestellt ist. Ähnlich
wie bei der oben erwähnten
Ausführungsform
ist die Vibrationswiege 1 mit einem von einem Antriebsmotor 8 angetriebenen
Lagerwalzenpaar 4' und
einem anderen Lagerwalzenpaar 4, das zusammen mit dem Lagerwalzenpaar 4' einen Satz
darstellt, versehen. Eine asymmetrische Kurbelwelle 5 als
ein Prüfstück wird
von den beiden Lagerwalzenpaaren 4, 4' aufgenommen
und gedreht.
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Die
Vibrationswiege 1 ist weiter mit einer von einem Synchronmotor 9 gedrehten
Kompensationsrotationswelle 10 versehen, ähnlich wie
bei der oben erwähnten
Ausführungsform.
Kompensationsgewichte 11 sind an dieser Kompensationsrotationswelle 10 angebracht.
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Zudem
sind bei dieser Ausführungsform
ein Synchronmotor 91 und eine von dem Synchronmotor 91 zu
drehende Kompensationsrotationswelle 101 vorgesehen. Kompensationsgewichte 111 sind
an dieser Kompensationsrotationswelle 101 angebracht. Zudem
ist ein Synchronmotor 92 vorgesehen. Der Synchronmotor 92 ist
ein sogenannter Doppelvorsprungsmotor, bei dem eine Motorwelle sowohl nach
vorne als auch nach hinten vorsteht. Mit diesen beiden Vorsprüngen des
Synchronmotors 92 sind Kompensationsrotationswellen 102, 103 über Kupplungen 95 beziehungsweise 96 verbunden.
Ein Kompensationsgewicht 112 ist an der Kompensationsrotationswelle 102 angebracht,
während
ein Kompensationsgewicht 113 an der Kompensationsrotationswelle 103 angebracht
ist.
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Bei
diesen Anordnungen ist jede der Kompensationsrotationswellen 10, 101, 102, 103 so
angebracht, dass sie auf einer axialen Linie parallel zur Drehachse
der von Lagerwalzenpaaren 4, 4' aufgenommenen und gedrehten asymmetrischen
Kurbelwelle 5 verläuft.
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Zudem
sind alle Längen
der Kompensationsrotationswellen 10, 101, 102, 103 und
die Anzahlen und die Gewichte der Kompensationsgewichte 11, 111, 112, 113 auf
einen derartigen Wert eingestellt, der ein freies Moment einer asymmetrischen
Kurbelwelle vom vorbestimmten Typ, deren Ungleichgewicht gemessen
wird, ausgleichen kann.
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Bei
solchen Anordnungen werden die Kompensationsrotationswellen 10, 101, 102, 103 nicht gedreht
und kein Kompensationsmoment wird erzeugt, solange die Synchronmotoren 9, 91, 92 nicht angetrieben
werden. Deshalb kann, indem eine der zu betreibenden Kompensationsrotationswellen
auf der Basis von Art oder Gestalt der asymmetrischen Kurbelwelle 5 als
Prüfstück ausgewählt wird,
die Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts ihre Anordnung
leicht ändern,
um das Ungleichgewicht mehrerer asymmetrischer Kurbelwellen unterschiedlicher
Arten zu messen. Beispielsweise wird zur Messung des Ungleichgewichts
einer asymmetrischen Kurbelwelle 5 der ersten Art die Kompensationsrotationswelle 10 von
dem Synchronmotor 9 gedreht. Weiterhin wird zur Messung
des Ungleichgewichts einer asymmetrischen Kurbelwelle der zweiten
Art die Kompensationsrotationswelle 101 von dem Synchronmotor 91 gedreht.
Weiterhin wird zum Messen des Ungleichgewichts einer asymmetrischen
Kurbelwelle der dritten Art die Kompensationsrotationswelle 102 von
dem Synchronmotor 92 über eine
Kupplung 95 gedreht. Weiterhin wird zur Messung des Ungleichgewichts
einer asymmetrischen Kurbelwelle der vierten Art der Synchronmotor 92 gedreht
und nur die Kupplung 96 ist verbunden, um die Kompensationsrotationswelle 103 zu
drehen.
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Wie
oben erwähnt,
kann durch Auswählen einer
der mit einem Synchronmotor zu drehenden Kompensationsrotationswellen
die Maschine zum Testen eines dynamischen Gleichgewichts schnell für die Ungleichgewichtsmessung
unterschiedlicher Arten asymmetrischer Kurbelwellen bereit sein.
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Bei
den Anordnungen der oben erwähnten Ausführungsformen
wird die Kompensationsrotationswelle 10 durch die an der
Vibrationswiege 1 angebrachten Traglager 12 drehbar
gehalten. Die Kompensationsrotationswelle muss jedoch nicht von
den Traglagern 12 gehalten, sondern kann drehbar auf Lagerwalzen
aufgenommen sein und über
Lagerwalzen gedreht werden, ähnlich
wie die asymmetrische Kurbelwelle als Prüfstück. Bei solchen Anordnungen ist
es in einem Fall, wo sich die Art einer asymmetrischen Kurbelwelle,
deren Ungleichgewicht gemessen wird, ändert, nur erforderlich, die
an den Lagerwalzen angebrachte Kompensationsrotationswelle durch
eine andere entsprechend der Änderung
auszutauschen. Somit kann der Aufbau leicht abgeändert werden.
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Bei
den oben erwähnten
Ausführungsformen ist
das Prüfstück eine
asymmetrische Kurbelwelle. Das Prüfstück ist jedoch nicht auf eine
asymmetrische Kurbelwelle beschränkt,
sondern es kann sich bei ihm um andere Prüfstücke mit einem Moment (sogenannten
freien Moment) handeln, das auf sein vorbestimmtes dynamisches Ungleichgewicht
zurückzuführen ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern
kann innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche unterschiedlich
geändert
werden.
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- 1
- Vibrationswiege
- 2
- tragende
Federn
- 3,
3'
- ein
Paar Stützen
- 4,
4'
- ein
Paar Lagerwalzen
- 5
- Prüfstück (asymmetrische
Kurbelwelle)
- 6,
6'
- Schwingungsdetektoren
- 8
- Antriebsmotor
- 9
- Synchronmotor
- 10
- Kompensationsrotationswelle
- 11
- Kompensationsgewichte
- 13
- Licht
emittierendes Element
- 14
- Licht
empfangendes Element
- 18
(13, 14)
- optischer
Sensor
- 51
- Kurbelzapfen