DE913364C - Verfahren und Einrichtung zum Auswuchten von vorbearbeiteten Rotationskoerpern durch Verlagern ihrer Haupttraegheitsachse - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. OKTOBER 1956

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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum Bestimmen einer Fertigbearbeitungsdrehachse an Rotationskörpern auf einer Auswuchtmaschine, wo die Hauptträgheitsachse des Rotationskörpers in bezug auf dessen Drehachse verlagert werden kann. Derartige Maschinen bezeichnet man als Wuchtzentriermaschinen; sie sind insbesondere zum Zentrieren von Kurbelwellen bekannt. Der zu zentrierende Körper ist schwingbar gelagert und wird in Rotation versetzt. Dabei wird die Lagerung des Körpers nach den auftretenden und gemessenen Schwingungsausschlägen so lange verstellt, bis der Körper um seine mit der Hauptträgheitsachse zusammenfallende Drehachse schwingungsfrei umläuft, worauf in deren Richtung Zentrierkörner angebracht werden.

Dieses nachstehend kurz als »Wuchtzentrieren«· bezeichnete Verfahren erstrebt durch das Verschieben der Hauptträgheitsachse ein Massengleichgewicht im Rotationskörper ohne Rücksicht auf dessen geometrische Form und vor allem den unter Umständen nötigen Rundlauf an Lager- und sonstigen Körperzonen nach der Fertigbearbeitung. Die Folge dieser Nichtberücksichtigung muß sein, daß beim Fertigbearbeiten, das die geforderten geometrischen Formen geben soll, zwangläufig neue Unwucht in den Körper eingebracht wird, die im allgemeinen durch Nachwuchten und Korrigieren wieder zu beseitigen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zeitraubende Nachauswuchten und Nachbearbeiten der gemäß dem alten Wuchtzentrierverfahren gekörnten Rotationskörper zu vermeiden, indem beim

Wuchtzentrieren die Hauptträgheitsachse nicht dahin verlagert wird, wo sie mit der Drehachse zusammenfällt, sondern so weit, bis beide Achsen einen nach Größe und Richtung bestimmbaren Abstand voneinander besitzen. Dadurch ist zwar der Rotationskörper nach dem Verlagern (Wuchtzentrieren) noch mit Unwucht behaftet, letztere läßt sich aber genau so abpassen, daß sie wegfällt, nachdem der Körper an jeder für Rundlauf vorgesehenen Stelle fertigbearbeitet ist. Diese Stellen liegen am Umfang oder in Bohrungen des Körpers, je nach seinen geometrischen Formen. In bezug auf diese Stellen wird erfindungsgemäß eine während des Wuchtzentrierens vorzugsweise selbsttätig ausgeglichene Unwucht (im folgenden Korrekturunwucht benannt) von solcher Größe belassen, daß sie bei der Fertigbearbeitung der vorbestimmten Rundlaufzonen des Rotationskörpers um die gefundene Drehachse wegfällt.

Das erfindungsgemäße Wuchtzentrieren mit Berücksichtigung der Fertigbearbeitung macht das nachträgliche Auswuchten und Korrigieren entbehrlich. Ihre Hauptbedeutung hat die Erfindung beim Wuchtzentrieren und Fertigbearbeiten größerer Serien gattungsgleicher Rotationskörper, die scheibenförmig sind, wie Pumpenläufer, Flügelräder und ähnliche Rotoren.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des geschilderten neuen Verfahrens besteht aus einem oder mehreren Ausgleichskörpern, die 3Q zugleich mit dem Rotationskörper während des Wuchtzentrierens verlagert werden und Korrekturunwuchten erzeugen, die den Unwuchten des bei der Fertigbearheitung wegfallenden Materials gleichkommen.

Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen einige durch die Zeichnung veranschaulichte Beispiele. Der Einfachheit halber wird ein scheibenförmiger Körper betrachtet. Für walzenförmige Körper, die, bezogen auf zwei Radialebenen, wuchtzentriert werden, gelten analoge Betrachtungen; man ordnet bei ihnen jeder dieser Radialebenen vorzugsweise eine Korrekturunwucht zu.

Abb. ι bis 3 zeigen einen abgestuften, scheibenartigen Rotationskörper, und zwar Abb. 1 die Ansicht in Richtung I bei Abb. 2, Abb. 2 den Längsachsenschnitt und Abb. 3 den Aufriß der Bohrung des Körpers nach Abb. 2, ebenfalls in Richtung I gesehen; Abb. 4 und 5 zeigen als Beispiel für eine Einrichtung zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen scheibenförmigen Rotationskörper in einer Aufnahme mit Ausgleichskörper in senkrechtem Achsenschnitt (Linie IV-IV in Abb. 5) bzw. im Aufriß.

In Abb. ι und 2 ist mit R der größte Umfangsradius eines abgestuften kreisscheibenförmigen Rotationskörpers bezeichnet. M₀ ist die geometrische Mittelachse des Körpers, kurz als Primärachse bezeichnet, und U ■ α sei die Unwucht, die der Körper infolge des örtlichen Übergewichtes U in bezug auf die Achse M₀ besitze. Zufolge dieser Unwucht liegt der Gesamtschwerpunkt S₀ des Rotationskörpers (Abb. 1) um die Strecke e₀ außerhalb von M₀. Diese Strecke ist aus Deutlichkeitsgründen übertrieben groß angenommen worden. Zur Beseitigung der Unwucht durch das alte Wuchtzentrieren würde die Hauptträgheitsachse durch S₀ mit der Rotationsachse des Körpers, z. B. der geometrischen Achse M₀, zur Deckung gebracht werden. Das erfindungsgemäße Wuchtzentrieren gibt jedoch als Fertigbearbeitungsdrehachse die Achse M₁, im folgenden als Sekundärachse bezeichnet, im Abstand χ von der Achse M₀ an. Das bedeutet, daß beim Fertigbearbeiten, z. B. durch Abdrehen am Umfang mit dem Radius R, die schraffierte Kreissichel F₁ entfernt wird, wonach der Körper um die Sekundärachse M₁ schwingungs- und schlagfrei umlaufen kann. Das statische Moment dieser Kreissichel oder kurz ihre Unwucht ist F₁ = S₁' e_v wenn S₁ das im Schwerpunkt wirkende Gewicht, C₁ der Abstand des Kreissichelschwerpunktes von der Achse M₁ ist. Wird also gemäß der Erfindung ein zweckmäßig ringförmiger Ausgleichskörper geschaffen, der für jeden gegebenen Radius der auf Rundlauf zu bearbeitenden Rotationskörperzonen die Funktion S · e = f (x) erfüllt, so kann mit seiner Hilfe durch gemeinsame Verlagerung mit dem Rotationskörper auf der Wuchtzentriermaschine die verbleibende Korrekturunwucht S · e unmittelbar selbsttätig ausgeglichen und damit in einfacher Weise die neue Drehachse M₁ ermittelt werden, um die die Fertigbearbeitung stattzufinden hat, damit sowohl die Unwucht U · α wie auch die vor der Fertigbearbeitung noch verbliebene Unwucht S · e entfernt ist.

Während des erfindungsgemäßen Wuchtzentrierens wird der mit dem Ausgleichskörper umlaufende Rotationskörper so lange, verlagert, bis ein Anzeigegerät Gleichgewichtszustand erkennen läßt. Um die so gefundene Achse M₁ herrscht Gleichgewicht, weil, bezogen auf die Fläche F₁ als Beispiel, gilt:

S₀ · {x—e₀) = S₁ ■ e_v

wobei S₀ das Gesamtgewicht vor der Fertigbearbeitung ist.

Der Verlagerungsweg ist dadurch definiert zu

_ S₀ ■ e₀ + S₁ ■ e_x

Der Rotationskörper nach dem Beispiel der Abb. 2 besitzt jedoch vier Flächen, die durch Fertigbearbei- no tung zu Rundlauf gebracht werden sollen. Für die außenliegenden Sicheln P₂ und F₃ mit den Schwerpunkten S₂ und S₃ in den Abständen e₂ bzw. e₃ von M₁ gilt Analoges, wie für die Sichel F₁ dargelegt. Die in einer Bohrung des Rotationskörpers liegende Sichel F_i habe den Schwerpunkt S₄ im Abstand e_i VOnM₁. Infolgedessen wirkt ihr statisches Moment verringernd auf den Verlagerungsweg x. Denn Gleichgewicht um die Achse M₁ herrscht, wenn (vgl. Abb. 3)

_c . VC

woraus der Verlagerungsweg

X =

^:olgt.

Claims (8)

Für den in Abb. 2 dargestellten Körper ist demnach eine Korrekturunwucht nötig, die die algebraische Summe dieser statischen Momente der Kreissicheln F1 bis F4 : S1 · ex + S2 ■ e2 + S3 · e3—S4 · e4 = S · e ausgleicht. Der Ausgleich läßt sich grundsätzlich dadurch erreichen, daß mit dem Rotationskörper in der Wuchtzentriermaschine eine Masse konstanten to Gewichtes in veränderlichem Abstand von der Drehachse umläuft. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einer Wuchtzentriermaschine mit Hilfe erfindungsgemäßer Einrichtungen zur Erzeugung einer notwendigen Korrekturunwucht folgendermaßen durchgeführt werden. Zunächst wird an einigen Stichproben aus der Serie gattungsgleicher Rotationskörper das maximal in ihnen enthaltene Unwuchtmoment (cmg) in üblicher Weise ermittelt und der maximale Ver- ao lagerungsweg der Hauptträgheitsachse in bezug auf die primäre Drehachse M0 festgestellt. Für jede auf schlagfreien Rundlauf zu bearbeitende Rotationskörperzone errechnet man danach die Korrekturunwucht 5 · e gemäß der vorstehenden Gleichung. as Damit sind die Bedingungen gefunden, die der Ausgleichskörper erfüllen muß, wenn jeder Rotationskörper der Serie mit ihm wuchtzentriert wird. Der Ausgleichskörper selbst ist vorher für die Stellung x = o allein ausgewuchtet worden, damit er keine Fehler hinsichtlich der beim Wuchtzentrieren vorzunehmenden Hauptträgheitsachsenverlagerung verursacht. Diese Verlagerung findet in bekannter Weise statt, bis an einem Wattmeter oder einem anderen Anzeigeinstrument schwingungsfreier Umlauf erreicht worden ist. Die Laufruhe kann nach üblichen Methoden, z. B. der Unwuchtkomponenten- oder Polarkoordinatenmessung, festgestellt werden. In Abb. 4 und 5 ist als praktisches Beispiel die Anordnung eines scheibenförmigen Rotationskörpers 3 mit ringförmigem Ausgleichskörper 1 in einer fliegend auf der Welle 5 gelagerten Aufnahme 4 veranschaulicht. Die schwingende Lagerung der Welle 5, ihr Antrieb, sowie die übrigen Teile der Wuchtzentriermaschine und die Einrichtungen zur Ermittlung von Größe und Richtung der Unwucht, z. B. in zwei aufeinander senkrecht stehenden Unwuchtkomponenten, sind nicht dargestellt, da sie keine Gegenstände der Erfindung bilden. Der Rotationskörper 3 ist zunächst konzentrisch zur Drehachse 6 der Welle 5 in der Aufnahme 4 angeordnet und über Verstellmittel 2 mit dem vorher für sich ausgewuchteten Ausgleichskörper 1 verbunden. Die Verstellmittel 2 sind für Unwuchtkomponentenmessung in den beiden Richtungen s (senkrecht) und w (waagerecht, Abb. 5) angeordnet und bestehen einerseits aus Gewindespindeln 7 mit gegenläufigen Teilen ya und jb und einem von Hand oder durch Elektromotor drehbaren Griff 2 mit Skala 9, andererseits aus den Spindeln 7 gegenüberliegend angeordneten und durch Federn 8 belasteten Haltern 8„. Ausgleichskörper 1 und Rotationskörper 3 werden durch Betätigung einer oder beider Spindeln 7 mit Einstellskala 9 gegeneinander verstellt, wie es die strichpunktierten Linien in Abb. 5 zeigen. Wird also der Ausgleichsring durch die Verstellmittel 2 in die Stellung 1' verschoben, so bewegt sich der Rotationskörper 3 mit der Innenbohrung 10 und der Zugabe 12 (toter Kopf, an dem Fertigungsbearbeitung vorgenommen werden kann) von der Stellung 3 in die Stellung 3'. Ein Bohrgerät 20 wird demzufolge z. B. die Bohrung 10 des Körpers 3 in dessen neuer Fertigbearbeitungsdrehachse angreifen und die Fertigbearbeitungsdrehachse M1 am Rotationskörper 3 markieren können. Wenn der Rotationskörper an allen vorgesehenen Zonen unter Einhaltung der erfindungsgemäß festgestellten Drehachse fertigbearbeitet ist, so ist seine Unwucht beseitigt und er läuft an den dafür bestimmten Zonen schlagfrei um. Auf diese Weise gestattet das neue Verfahren, Schwerpunktsabweichungen von 1Z100 Millimeter einzuhalten, folglich genaueste Fertigbearbeitung und auch einen Kontrollauf nach beendeter Bearbeitung. Bei Serienfertigung gattungsgleicher Rotationskörper, z. B. Pumpenläufer, ist es vorteilhaft, schon die Vorbearbeitung derselben darauf einzurichten, daß Rundlaufzonen ein gewisses Materialübermaß an vorbestimmten Stellen erhalten bzw. behalten. Dieses Maß ist beispielsweise so zu wählen, daß der doppelte Betrag des vorkommenden und wie beschrieben ermittelten Verlagerungsweges einseitig an diesen Stellen abgedreht werden kann, damit die Körper danach schwingungsfrei und in den dafür vorgesehenen Zonen schlagfrei umlaufen. F ATENT ANSPRUCH E:

1. Verfahren zum Bestimmen einer Drehachse an Rotationskörpern auf einer Auswuchtmaschine, wo die Hauptträgheitsachse des Rotationskörpers in bezug auf dessen Drehachse verlagert werden kann (sogenannte Wuchtzentriermaschine), dadurch gekennzeichnet, daß durch das Wuchtzentrieren eine Drehachse bestimmt wird, die Korrekturunwucht im Rotationskörper beläßt, welche der Bedingung genügt, daß sie bei der Fertigbearbeitung vorbestimmter Zonen des Rotationskörpers auf Rundlauf um diese Drehachse (Fertigbearbeitungsdrehachse) wegfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils richtige Korrekturunwucht während des Wuchtzentrierens durch Hilfsmittel, wie Ausgleichskörper (1), selbsttätig erzwungen bzw. herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (3) und ein oder mehrere Ausgleichskörper (1) zugleich in der Wuchtzentriermaschine um deren Drehachse (6) umlaufen und so lange gemeinsam verlagert werden, bis ihr Umlauf schwingungsfrei ist, wobei der oder die Ausgleichskörper so bemessen werden und/oder ihre Anordnung so getroffen wird, daß sie beim Wuchtzentrieren die Korrekturunwuchten ausgleicht, die im Rotationskörper zunächst verbleiben sollen und die den Unwuchten ias des bzw. der bei der anschließenden oder späteren

Fertigbearbeitung des Rotationskörpers wegfallenden Teiles bzw. Teile gleichkommen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der gemeinsamen Verlagerung von Rotations- und Ausgleichskörper zwei Unwuchtkomponenten in an sich bekannter Weise, z. B. nach der elektrischen Wattmetermethode, gemessen werden und die Verlagerung getrennt nach Komponentenrichtungen vollzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, vornehmlich bei Serienfertigung gattungsgleicher Rotationskörper, eine Vorbearbeitung derselben erfolgt, die in Rundlaufzonen ein Materialübermaß an vorbestimmten Stellen beläßt, das beispielsweise so gewählt wird, daß der doppelte Betrag (x) des ermittelten Verlagerungsweges einseitig am Umfang der Zonen abgedreht werden kann, damit die Körper danach in den Zonen schlagfrei und

^ao gleichzeitig schwingungsfrei umlaufen.

6. Einrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Auswuchtmaschine ein zweckmäßig ringförmiger Ausgleichskörper (1) zugleich mit dem Rotationskörper (3) in bezug auf die Maschinendrehachse (6) verstellbar angeordnet ist, und zwar zweckmäßigerweise so, daß die Verstellung in zwei aufeinander senkrecht stehenden Komponentenrichtungen (s bzw. w) meßbar (Skala 9) erfolgt.

7. Ausbildung der Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch fliegende Anordnung von Rotations- und Ausgleichskörper auf einer Wuchtzentriermaschine.

8. Weitere Ausbildung der Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Wuchtzentrieren in zwei Ebenen Ausgleichskörper in jeder Ebene entsprechend der auszugleichenden Korrekturunwucht dimensioniert angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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