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Elektrische Unwuchtmeßeinrichtung für Auswuchtmas chinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine elektrische Unwuchtmeßeinrichtung für Auswuchtmaschinen, bei
der die durch Unwucht erzeugten Ströme und Spannungen durch zwei oder vier Wattmeter
gemessen werden, deren Triebkörpern die Unwuchtmeßgrößen in Form von Komponenten
zugeführt werden.
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Die oszillographischen Apparate, mit denen man Größe und Winkellage
einer Unwucht unmittelbar abzulesen vermag, ergeben keine feststehenden Anzeigen
und sind anfällig gegen fremdfrequente Störschwingungen. Deshalb sind die gesuchten
Größen niemals genau ablesbar. Unter Umständen werden dabei noch kostspielige Verstärker
gebraucht.
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Andere elektrische Verfahren zur Unwuchtbestimmung lassen zwar die
Unwuchtgröße an einem Zeigerinstrument genau erkennen, aber erst nachdem die Unwuchtwinkellage
durch Verdrehen des Stators eines Hilfsgenerators oder Kontaktunterbrechers gefunden
worden ist. Der Zeitaufwand hierfür ist erheblich. Das Ziel läßt sich schneller
erreichen, wenn man die Unwucht, in Komponenten zerlegt, an einem Zeigerinstrument
feststellt, die Ergebnisse in ein Polardiagramm überträgt und daraus den resultierenden
Vektor entnimmt. Diese für das Zweikomponentenverfahren vorgeschlagene Arbeit erfordert
Zeit und besondere Aufmerksamkeit des Wuchters. Es wurde deshalb angeregt, für Auswuchtmaschinen,
bei denen zwei um 900 gegenseitig phasenverschobene Momentanwerte des durch elektromagnetische
Geber aus Unwuchtkräften oder -schwingungen erzeugten Wechselstromes abgegriffen
werden, zwei Anzeigeinstrumente nur während des Abgriffs der Momentanwerte kurzzeitig
an die Geber anzuschließen und dafür derart anzuordnen, daß sich die mechanischen
Instrumentzeiger bei jeder Stellung rechtwinklig kreuzen und ihr Schnittpunkt jeweils
die Resultierende als Vektor anzeigt. Auf diese Weise hätte zwar die Übertragung
in ein Polardiagramm eingespart werden können. Eine dieser Anregung entsprechende
Einrichtung ist aber praktisch nicht leicht zu verwirklichen und würde unter dem
Nachteil leiden, daß fremdfrequenteSchwingungen das Anzeigeergebnis zwangläufig
fälschen, also für genaue Unwuchtmessungen unbrauchbar machen müssen.
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Die Erfindung erspart die oszillographischen Apparate. das Suchen
mit dem Hilfsgenerator und auch die Nachteile der vorgeschlagenen Vektoranzeige.
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Erfindungsgemäß werden die bekannten Vorteile der wattmetrischen
Umwuchtmessung für die Vektoranzeige ausgenutzt, und zwar derart, daß die Wattmetertriebkörper
durch optisch wirkende Anzeigemittel derart miteinander gekoppelt sind, daß der
resultierende Unwuchtvektor als Lichtmarke sich abzeichnet und nach Größe und Richtung
abzulesen ist.
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Durch die schnelle und genaue Anzeige, die von der erfindungsgemäßen
Einrichtung gewährleistet ist, konnte die Unwuchtmessung und -beseitigung gegenüber
dem bisherigen Stand der Auswuchttechnik erheblich verbessert werden. Statt die
Unwuchtkomponenten einzeln an je einem dafür vorgesehenen Wattmeter abzulesen, erhält
man jetzt den resultierenden Vektor sofort gut sichtbar und leicht ablesbar angezeigt,
aus dem sich Größe und Winkellage der Unwucht eindeutig ermitteln lassen. Diese
optische Anzeige, die für andere als die hier gesuchten Unwuchtgrößen schon in angenähert
ähnlicher Weise verwendet wird, ist vorzuziehen, weil die Anordnung von Wattmetern
mit sich kreuzenden Zeigern, die vorgeschlagen worden ist, aus Gründen vor allem
der hohen Reibung und der kleinen auswertbaren Skalenfläche für die notwendige Präzision
der Anzeige in keiner Weise zu genügen vermag. Es wäre außerdem ein unzulängliches
Meßverfahren, mit derartiger Zeigeranordung Momentanwerte aus dem Meßvorgang anzuzeigen.
Die Ausgleichsbearbeitung
nach solchen Werten würde nämlich nur
zufälligerweise zu brauchbaren Ergebnissen führen.
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Gegen die optische Anzeige gemäß der Erfindung durch Wattmeter bestanden
erhebliche Bedenken und Vorurteile. Der relativ hohe Energiebedarf von Wattmetern
und die Schwierigkeit der Eigenfrequenzanpassung an die niedrige Meßfrequenz beim
Auswuchten schienen unüberwindliche Hindernisse zu sein, zumal für die neue Einrichtung
mindestens zwei, in vielen Fällen jedoch vier Wattmeter notwendig bzw. wünschenswert
sind. Unerwarteterweise glückte es jedoch, mit optischen Anzeigemitteln zu Einrichtungen
zu gelangen, die in der praktischen Anwendung alle Proben bestehen konnten.
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Es ist wertvoll, aber nicht unter allen Umständen erforderlich, als
Ergänzung der neuen Meßwertfeststellung, besonders im Hinblick auf die Ausgleichsbearbeitung,
Vorsorge zu treffen, daß die Lichtmarke eine beliebige Zeit lang im Meßwertstand
arretiert bleibt, auch wenn die Meßgrößen aufgehört haben, die von ihnen erregbaren
Meßeinrichtungsteile zu beeinflussen. Dadurch steht das Meßergebnis eine Weile für
Ablesung Registrierung, Abtastung zwecks Steuerung des Ausgleichsvorganges od. dgl.
unveränderlich zur 'erfiigung. Dadurch ist die Grundlage für eine vollautomatische
Abwicklung des Meßvorganges geschaffen.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann das Meßergebnis ohne Ablesung
automatisch für die Steuerung einer ebenfalls automatischen Ausgleichsbearbeitung
in Komponenten verwendet werden. Der Wuchter braucht bei alledem keinen Teil der
Meß-oder der Ausgleichsanlage besonders zu betätigen oder einzustellen. Alles läuft
von selbst ab, sobald die Auswuchtmaschine in Gang gesetzt worden ist. Diese Eigenschaften
der neuen Unwuchtmeßeinrichtung lassen den Einsatz von Auswuchtmaschinen in Fertigungsstraßen
verwirklichen.
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Die visuelle Anzeige kann nach einem weiteren Erflndungsmerkmal auf
die unwuchtige Stelle im Bild des auszuwuchtenden Körpers auf einer Anzeigetafel
konzentriert werden.
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Weitere Erfindungsmerkmale enthalten die iibrigen Unteransprüche.
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Bei der wattmetrischen Unwuchtkomponentenmessung wird so vorgegangen,
daß in der Meßeinrichtung zwei Meßinstrumente bzw. je Ausgleichsebene des auszuwuchtenden
Umlaufkörpers zwei Meßinstrumente einander derart zugeordnet sind, daß jedes Instrument
eine der Komponenten mißt und die beiden Instrumente gemeinsam den resultierenden
Unwuchtvektor dadurch anzeigen, daß die Triebkörper jedes Meßinstrumentenpaares
teils durch die elektrischen Spannungen von zugeordneten Schwingungsaufnehmern an
der Auswuchtmaschine, teils entweder durch den Sinus- oder Kosinusstrom des Hilfsgenerators
und der Phasenlage eines solchen Stromes zur zugehörigen Schwingungsaufnehmerspannung
beeinflußt werden.
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Wenn die Unwucht, bezogen auf Ausgleichsebenen, gemessen werden soll,
so kann man entweder einen Umschalter, der die Meßgeräte auf die einzelnen Ausgleichsebenen
einstellt. oder für jede Ausgleichsebene eine eigene Meßeinrichtung vorsehen.
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Zur Erläuterung der Erfindung und ihrer Merkmale dienen die in der
Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau einer elektrodynamischen Auswuchtmaschine
mit eingelegtem, walzenartigem Wuchtkörper und die Schaltung einer
erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Unwuchtmessung und -anzeige, bezogen auf zwei Ausgleichsebenen.
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Auf den schwingenden Lagern 1 und 2 der Wuchtmaschine läuft der Wuchtkörper
3 um, angetrieben vom Motor 4 über eine Rutschkupplung 5, ein Getriebe 6, eine Vorgelegewelle
7 mit Phasenscheibe 8 und eine Gelenkwellenkupplung 9. Der Wuchtkörper hat die Ausgleichsebenen
L und R. Die auf die Ausgleichsebeuen bezogenen Unwuchtvektoren UL bzw. ÜR lassen
sich in die waagerechten und senkrechten Komponenten ULw, ULs bzw. URW, URs zerlegen.
Die Schwingungsaufnehmer 10 und 11 liefern in bekannter Weise iiber Leitungen 12
bzw. 13 elektrische Spannungen und der Winkellagengeber (Phasengeber) 15 mit dem
Rotor 14 (Nordpol N und Südpol; Fig. 2) synchron mit der Wuchtkörperumdrehung verlaufenden
Wechselstrom über Leitungen 16 für die Unwuchtmessung und -anzeige. Zur Messung
nach dem Zweikomponentenverfahren werden dem Winkellagengeber zwei Wechselströme
s' und w' mit z. B. 900 Phasenverschiebung an den ebenso bezeichneten Klemmen (Fig.
2) entnommen und über die Leitungen s" bzw. w" den Meß- und Anzeigegeräten zugeführt.
Der eine Wechselstrom kennzeichnet die senkrechte Unwucht richtung s und der andere
die waagerechte Unwuchtrichtung am Wuchtkörper. Beide Richtungen sind durch die
Marken + s> + w und - - w an der Scheibe 8 hervorgehoben.
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Zur Messung und Anzeige der Unwuchten UL und UR in den Ebenen L und
R des Körpers 3 dienen die Meßgeräte 17L und 17R mit je zwei hochempfindlichen Wattmetern,
deren einer Spule, vorzugsweise der Drehspule, die Ströme des zugehörigen Schwingungsaufnehmers
und deren anderer Spule der zugehörige Wechselstrom des Winkellagengebers 15 zugeleitet
wird. Einzelheiten solcher Meßwerke werden an Hand der übrigen Figuren beschrieben.
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Die als elektrischer Rahmen bekannte Unwuchtmeßschaltung gewährleistet
selbsttätig, daß dem Gerät 17 L nur die Unwuchtkomponenten ULs und ULw in der linken
Ausgleichsebene L und dem Gerät 17R nur die Unwuchtkomponenten URS und URw in der
rechten Ausgleichsebene R zugeführt werden. Zur Einstellung der zugehörigen Rahmenorgane,
z. B. Potentiometer, dienen die Griffe 18 für die linke, L, und 19 für die rechte
Ausgleichebeue R. Selbstverständlich kann an Stelle der beiden Gräte 17L und 17R
ein einziges Gerät treten, das mit Hilfe eines Umschalters die Funktionen der Gerätel7L
und 17R nacheinander übernimmt.
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Die Erfindung läßt sich mit einer Lichtmarkeneinrichtung nach Fig.
3 verwirklichen. Hierbei kann man mit einer Lichtmarke auskommen, indem ein Lichtstrahlenbündel
auf seinem Wege nacheinander von Meßwerkanzeigeorganen in den Komponentenrichtungen
abgelenkt wird. Das von der Lichtquelle 41 kommende Lichtstrahlenbündel 41 a gelangt
durch ein optisches System aus Linsen 43 mit Blende 44 auf die Spiegel an den Triebkörperdrehachsen
42 aa und 42 bb der wattmetrischen Meßwerke 42a und 42 b. Vom Spiegel 42 c des einen
Meßwerkes gelangt der Lichtstrahl auf den Spiegel 42d des anderen Meßwerkes.
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Der Winkel, den die beiden Meßwerkdrehachsen miteinander einschließen,
ist der Meßkomponentenwinkel in diesem Fall =900. Auf der Anzeigetafel 45, die im
Interesse einer allseits scharfen Abbildung in zwei Raumrichtungen gewölbt sein
kann, ruht das von den Spiegeln in ihrer Nullage reflektierte Lichtstrahlenbündel
41 b als Lichtmarke im Nullpunkt des Polarkoordinatennetzes der Anzeigetafel. Beim
Auswuchtbetrieb
wird das Lichtstrahlenbündel 41 a in zwei Richtungen
so abgelenkt, wie es die Stellungen der beiden Drehspiegel 42c und 42d vorschreiben,
z. B. in die Anzeigelage 42 c, wo die Lichtmarke 48 die Unwucht in der Größe von
24g und ihre Richtung unter 300 sofort aus dem Koordinatennetz ablesen läßt. Die
Linien +s, -s und +w, -w entsprechen den Meßkomponentenrichtungen. die auf der Winkelskala
8 in Fig. 1 angedeutet sind. Die Meßkomponeutenrichtung +s fällt in dieser Anordnung
mit der Winkellage OO zusammen.
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Die Lichtmarke48 braucht kein runder Fleck zu sein, sondern kann
schärfer und kontrastreicher auf der Anzeigetafel 45 erscheinen, wenn für die Zwecke
der Erfindung die in Lichtmarkengeräten üblichen Ablesekeile zweckmäßig weitergebildet
werden, und zwar beispielsweise gemäß Fig. 3 a zu einem Organ mit Quadrantenteilung
oder gemäß Fig. 3b zu einem Lichtkreuz. Läßt man die Kreuzbalken sich in Nullstellung
über das ganze Netz der Anzeigetafel 45 erstrecken, so werden in jeder Ausschlagstellung
auch die Unwuchtkomponentengrößen an Teilstrichen auf den Linien +s bis und +w bis
-w ablesbar.
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Fig. 4 zeigt eine Lösung optischer Meßwertübertragung auf eine Mattscheibe,
die bezüglich der Mattscheibenanordnung eine Weiterbildung der Einrichtung nach
Fig. 3 ist.
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Die nicht gezeichneten Meßwerke sind gleicher oder ähnlicher Art
wie die in Fig. 3 veranschaulichten. Ihre Drehachsen 52 an und 52 bb tragen fest
darauf angebrachte Spiegel 52 c bzw. 52d und zeigen den Meßwert durch Drehung der
Spiegel an. Die Achsen sind wie in Fig. 3 winklig, z. B. im gewählten Komponentenwinkel
von 900 zueinander im Raum angeordnet.
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Aus der Lichtquelle 51 gelangen durch das Linsensystem 51 b und die
Doppelschlitzblende 51d (vgl. auch Fig. 5) zwei Lichtbänder 51 a auf die Spiegel
52 c bzw.
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52 d. Die beiden Schlitze 61 und 62 der Blende (Fig. 5) stehen im
gleichen Winkel wie die Drehachsen, gemäß dem gewählten Beispiel unter 900, zueinander.
Über eine beliebige Anzahl, z. B. drei Umlenkspiegel 53a, 53 b und 53c gelangen
die reflektierten Lichtbänder auf die an beliebiger Stelle angeordnete Mattscheibe
54, die man mit Netzlinien, z. B. in Form eines Polarkoordinatensystems, versehen
kann. Die Lichtbänder erzeugen dort zwei gekreuzte Lichtstreifen. Im Netzliniensystem
läßt sich auch das einer Ausgleichsebene zugeordnete Bild der auszuwuchtenden Wuchtkörpertype
auf der Mattscheibe sichtbar machen, z. B. ein Flügelrad oder die Wange einer Kurbelwelle.
Der Schnittpunkt der Lichtstreifen zeigt dann demWuchter sofort auf dem Bild außer
der Größe auch die Stelle an, wo die gesuchte Unwucht am Wuchtkörper liegt.
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Diese bildliche Darstellung ist besonders bei Wuchtung von Serien
artgleicher Wuchtkörper vorteilhaft.
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Außerdem ist es möglich, z. B. lichtempfindliches Papier über die
Mattscheibe zu führen, um die Meßergebnisse zu registrieren.
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Die Arretierung der Lichtmarke läßt sich, entsprechend der Konstruktion
der Meßgeräteorgane abgewandelt, leicht verwirklichen. Ein Beispiel dafür, bezogen
auf die Einrichtung nach Fig. 3, zeigt Fig. 3 c.
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An den Triebkörperachsen 42 aa und 42 b b sind Festhaltevorrichtungen
102 bis 106 vorgesehen. Die Vorrichtung 102 ist ein an der Achse 42aa bzw. 42 bb
angebrachtes federndes Organ mit metallischer Auflage 106, die von einem nach der
Achsbewegung gekrümmten Elektromagneten 103 angezogen und festgehalten werden kann.
Wenn ein Triebkörper in einer Meßstellung zur Ruhe gekommen ist, wird der zugehörige
Magnet,
vorzugsweise selbsttätig, z. B. im Augenblick der Stillsetzung der Maschine durch
ein bei Ingangsetzung eingeschaltetes Zeitrelais, erregt, damit er den Spiegel 42
c bzw. 42d in der Ausschlagsstellung festhält. Infolgedessen steht das Anzeigeergebnis
auch nach Beendigung des eigentlichen Meßvorganges, also z. B. nach Abschaltung
der Wuchtmaschine und der Meßströme, solange wie gewünscht zwecks Ablesung zur Verfügung.
Die Organe 102 können Zeiger 102a erhalten, die vor Skalen 101 mit Winkelteilstrichen
spielen, um die Komponentenwerte ablesen zu können.
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Die Aufhebung der Arretierung kann automatisch wie die Einschaltung
geschehen.
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Wenn der Zeigerausschlag Impulse zur Steuerung der Unwuchtausgleichsbearbeitung
am Wuchtkörper in Komponenten aussenden soll, so braucht man hierfür nur am federnden
Organ 102 außer dem metallischen Teil 106 eine Kontaktbrücke anzubringen, die nach
Erregung des Elektromagneten 103 auf eine Kontaktbahn mit z. B. Einer- und Zehnerkontakten
gedrückt wird. Dann laufen von den durch die Brücke geschlossenen Kontakten aus
Impulse, beispielsweise zu Schrittschaltwerken, die die Ausgleichsbearbeitung steuern
können. Eine derartige Impulssteuerung, die früher vorgeschlagen wurde, ist nicht
Gegenstand der Erfindung, deshalb unterbleibt eine ausführliche Beschreibung.
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PATENTBNSPRCHE: 1. Elektrische Unwuchtmeßeinrichtung für Auswuchtmaschinen,
bei der die durch Unwucht erzeugten Ströme oder Spannungen durch zwei oder vier
Wattmeter gemessen werden, deren Triebkörper die Unwuchtmeßgrößen in Form von Komponenten
zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebkörper durch optisch wirkende
Anzeigemittel derart miteinander gekoppelt sind, daß der resultierende Unwuchtvektor
als Lichtmarke sich abzeichnet und nach Größe und Richtung abzulesen ist.