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Die
Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Vorrichtung zur Ermittlung
der Unwucht und der Ungleichförmigkeit
eines Rotationskörpers
mit einer Lagerspindel zur drehbaren Lagerung des Rotationskörpers. Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur
Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers.
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Aus
der Druckschrift
DE
197 34 904 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Ermittlung
der Unwucht und der Ungleichförmigkeit
bekannt. Bei der in dieser Druckschrift dargestellten Messvorrichtung
wird zur Ermittlung der Ungleichförmigkeit ein drehbar gelagertes
Druckrad mit einer bestimmten Kraft an den zu messenden Reifen,
dessen Lager über
zwei in einer Ebene hintereinander angeordnete Blattfedern mit einem
feststehenden Rahmen verbunden ist, senkrecht zur Reifenachse gedrückt und
die Reaktionskräfte
in der Aufstandsfläche
des sich abrollenden Reifens am Druckrad gemessen. Ferner werden auch
die aus der Unwucht des sich drehenden Reifens resultierenden Fliehkraft-bedingten
Schwingungen gemessen. Hierbei ist die Kraftrichtung des Druckrads
parallel zur durch die Blattfedern vorgegebenen Schwingungsrichtung
in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Hierdurch sind ungleichförmigkeits-
und unwuchtinduzierte Kräfte
nicht trennbar. In einem weiteren, in dieser Druckschrift beschriebenen
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Abstützung
des Drehlagers des Rotationskörpers
so, dass es um eine Torsionsachse schwenkbar und senkrecht zu der
von Drehlagerachse und der Torsionsachse bestimmten Ebene auslenkbar
ist. Hierbei verläuft
die Torsionsachse in etwa mittig und parallel zu der größten Seitenfläche der
Blattfedern und senkrecht zur Rotationsachse. Die Rotationsachse
der Blattfederlagerung ist unbestimmt und von der Lage der Unwuchten
abhängig.
Die Unwuchtmessung ist daher ungenau.
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In
der Druckschrift
US 4,445,372 wird
eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht angegeben, bei der ein
Träger
der Rotationsachse über
eine Blattfeder mit einem Ständer
oder starren Maschinenbett verbunden ist. Durch die Blattfeder wird
eine Schwingungsfähigkeit
des Rotationskörpers
entlang einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse und einer Torsionsbewegung
senkrecht zur Rotationsachse und zur Schwingungsrichtung möglich.
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In
der Druckschrift
EP
1 075 231 A2 wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht
beschrieben, bei der ein Rotationskörper in einer Aufnahme eines plattenförmigen Elements
angeordnet ist, welches über
Stege mit einem äußeren Rahmenteil
verbunden ist. Die als Paare ausgebildeten Stege sind hierbei so
angeordnet, dass die Aufnahmeplatte in der Plattenebene, welche
senkrecht zur Rotationsachse verläuft, schwingfähig ist
und um eine rechtwinklig zur Rotationsachse angeordnete Schwenkachse
beweglich ist.
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Wege
zur Ermittlung der Ungleichförmigkeit werden
in den beiden letztgenannten Druckschriften nicht offenbart.
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In
der Druckschrift
EP
1 143 233 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht
und der Ungleichförmigkeit
eines Rotationskörpers
angegeben, bei der der Rotationskörper in einer Richtung quer zur
Rotationsachse schwingungsfähig
und um eine Achse senkrecht zur Schwingungsachse und zur Rotationsachse
drehbar gelagert ist. Diese schwingungs- und drehfähige Lagerung
wird jedoch nur zur Messung der Unwucht genutzt. Bei der Messung
der Ungleichförmigkeit
des Rotationskörpers
ist an der Vorrichtung eine zusätzliche
Einrichtung vorgesehen, welche die Vibration des Rotationskörpers in
Richtung einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse unterbindet. Dieser
zusätzliche
apparative Aufwand ist kosten- und materialaufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung zur
Aufnahme einer Lagerspindel für
einen rotierbar gehaltenen Rotationskörper zur Ermittlung der Unwucht
und der Ungleichförmigkeit
anzugeben, bei der zum einen die Veränderung der Steifigkeit durch
eine speziell hierfür
vorgesehene Einrichtung beim Übergang
von Unwucht- zur Ungleichförmigkeitsmessung
nicht notwendig ist und zum anderen die Unwucht in zwei Ebenen und die
Ungleichförmigkeit
unabhängig
voneinander und ohne Beeinflussung der Messgrößen untereinander mit hoher
Genauigkeit bestimmt werden können.
Im Hinblick auf die Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der
Ungleichförmigkeit
bestand die Aufgabe darin, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
Die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren zur Ermittlung der Unwucht
und der Ungleichförmigkeit
bestand in der Angabe eines einfachen und genauen Verfahrens.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Lagervorrichtung mit einer Aufnahme für die Lagerspindel gelöst, welche
Aufnahme um eine die Rotationsachse der Lagerspindel rechtwinklig
kreuzende Drehachse schwenkbar an einer Trägerstruktur angeordnet ist,
wobei zur Ermittlung der Unwucht Schwingungen in einer zur Drehachse
senkrechten Erfassungsebene in Form von Radialschwingungen und/oder
Drehschwingungen um die Drehachse erfassbar sind, wobei eine ungleichförmigkeitsinduzierte
Kraft in einer zur Erfassungsebene senkrechten z-Richtung erfassbar
ist, wobei die Trägerstruktur durch
zwei parallel zueinander angeordnete Blattfedern mit einer feststehenden
Grundplatte verbunden ist und die Trägerstruktur und die Blattfedern
die Beweglichkeit in der Erfassungsebene und die Steifigkeit der
Aufnahme in z-Richtung für
die Kraftmessung bewirken.
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Die
Aufgabe wird ferner gelöst
durch eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit
mit einer entsprechenden Lagervorrichtung, wobei die unwuchtinduzierten
Schwingungen in der Erfassungsebene und die ungleichförmigkeitsinduzierte
Kraft erfassbar sind.
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Weiterhin
wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung der Unwucht
und der Ungleichförmigkeit
eines Rotationskörpers
mit einer entsprechenden Vorrichtung gelöst, wobei zunächst die
unwuchtinduzierten Schwingungen in der Erfassungsebene und anschließend die
ungleichförmigkeitsinduzierte
Kraft erfasst werden.
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Die
Lagervorrichtung und die Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht
und der Ungleichförmigkeit eines
Rotationskörpers
haben den Vorteil, dass keine zusätzlichen Einrichtungen notwendig
sind, um die Steifigkeit in Kraftrichtung bei der Ungleichförmigkeitsmessung
zu gewährleisten.
Die Messgrößen zur Bestimmung
der Unwucht und der Ungleichförmigkeit
können
in vorteilhafter Weise unbeeinflusst und unabhängig voneinander und mit hoher
Genauigkeit erfasst werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil,
dass es einfach und mit hoher Genauigkeit durchführbar ist.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Lagervorrichtungen,
Vorrichtungen zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit bzw.
der in den abhängigen
Ansprüchen
aufgeführten
Verfahren sind vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen der
in den unabhängigen
Ansprüchen
angegebenen Gegenstände
möglich.
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Eine
vorteilhaft einfache Ausführungsform wird
dadurch realisiert, wenn die Aufnahme eine Aufnahmeplatte aufweist.
Besonders wenig materialaufwändig
ist die Trägerstruktur,
wenn sie aus einem ersten Paar einander gegenüber liegender Seitenplatten,
welche parallel zur Erfassungsebene angeordnet sind, und einem zweiten
Paar einander gegenüber
liegender Seitenplatten besteht, welche senkrecht zur Erfassungsebene
und parallel zur Rotationsachse angeordnet und mit dem ersten Seitenplattenpaar
verbunden sind, wobei jede Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars über je einen
beiderseits der Aufnahmeöffnung
angeordneten Steg zur Übertragung
der Radialschwingungen auf die Seitenplatten und zur Ausbildung
der Drehachse mit der Aufnahme verbunden ist, und wobei jede Seitenplatte
des zweiten Seitenplattenpaars über
die parallel zu dieser Seitenplatte verlaufenden Blattfedern mit
der Grundplatte der Vorrichtung verbunden ist. Hierbei ist die Beweglichkeit
der Aufnahmeplatte vorteilhaft besonders groß, wenn jede Seitenplatte des
zweiten Seitenplattenpaars ein federndes Element in Form einer unterhalb
des Verbindungsstegs zwischen Aufnahme und Seitenplatte und parallel
zur z-Achse verlaufenden Ausnehmung aufweist.
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Für die Beweglichkeit
der Aufnahme besonders vorteilhaft ist jede Seitenplatte des zweiten
Seitenplattenpaars über
einen einzigen mittigen Steg mit der Aufnahme verbunden, wobei die
beiden Stege beider Seitenplatten des zweiten Seitenplattenpaars auf
einer Achse liegen, welche durch die Rotationsachse verläuft. Hierbei
sind die Stege zur Verbindung der Aufnahme mit den Seitenplatten
des ersten und des zweiten Seitenplattenpaars vorteilhaft derart ausgebildet,
dass sie parallel zur Rotationsachse verlaufen.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Blattfedern über die
gesamte Breite jeder Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars
in z-Richtung erstrecken, so dass zum einen die Beweglichkeit der Aufnahmeplatte
und zum anderen die Steifigkeit in z-Richtung maximiert wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und
der Ungleichförmigkeit eines
Rotationskörpers
wird dadurch erreicht, dass die unwuchtinduzierten Schwingungen
in der Erfassungsebene durch die auf die Trägerstruktur übertragenen
Radialschwingungen und durch die Drehschwingungen der Aufnahme um
die Drehachse erfassbar sind. Hierdurch wird eine sehr direkte Messung
der unwuchtinduzierten Schwingungen erreicht.
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Ferner
ist eine vorteilhafte Messung der unwuchtinduzierten Schwingungen
möglich,
wenn an einem Fortsatz einer Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars
eine erste Messfläche
zur Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors
ausgebildet ist, welche senkrecht zu dieser Seitenplatte und parallel
zur Rotationsachse verläuft
und zur Erfassung der auf diese Seitenplatte übertragenen Radialschwingungen
dient, und wobei an einem entfernt von der Drehachse angeordneten Ende
der Aufnahmeplatte an einem Fortsatz eine zweite Messfläche zur
Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors ausgebildet
ist, welche parallel zur Aufnahmeplatte verläuft und zur Erfassung der unwuchtinduzierten
Drehschwingungen dient.
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Mit
einer vorteilhaften Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit
ist ein vorteilhaftes Verfahren verbunden, bei dem zur Erfassung
der unwuchtinduzierten Schwingungen in der Erfassungsebene die Radialschwingungen
und die Drehschwingungen der Aufnahme gemessen werden und die Kraft
der Ungleichförmigkeitsmessung
in z-Richtung erfasst wird. Besonders vorteilhaft in Bezug auf die
Genauigkeit ist hierbei, wenn die Radialschwingungen der Aufnahme
durch die auf eine Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars übertragenen
Schwingungen in x-Richtung und die Drehschwingungen durch die Verkippung
der Aufnahme um die Drehachse gemessen werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches
in der einzigen Figur dargestellt ist.
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1 zeigt
eine Ansicht einer Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der
Ungleichförmigkeit
eines Rotationskörpers
in perspektivischer Darstellung von der Seite (schematisch).
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Die
in 1 gezeigte Lagervorrichtung 1 weist eine
Aufnahmeöffnung
in einer als Aufnahmeplatte 3 gestalteten Aufnahme auf,
in welcher eine Lagerspindel 5 angeordnet ist. Die Lagerspindel 5 dient
zur Aufnahme eines nicht dargestellten Rotationskörpers, beispielsweise
eines Reifens zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit,
wobei die Lagerspindel 5 in der Aufnahmeöffnung der
Aufnahmeplatte 3 um eine Rotationsachse 7 drehbar
gelagert ist. Die Aufnahmeplatte 3 ist über eine Trägereinrichtung 9 mit
einer aus drei Teilen bestehenden, feststehenden Grundplatte aus
einem Grundplattenträger 11 und
einander gegenüberliegend
angeordneten Platten 12 und 13 verbunden. Die
einander gegenüberliegend
angeordnete Platten 12 und 13 sind steif mit dem
Grundplattenträger 11 verbunden
und stehen senkrecht auf diesem.
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Die
Unwucht des auf der Lagerspindel angeordneten Reifens wird in einer
Erfassungsebene ermittelt, welche sich entlang der x-Richtung und
parallel zur Rotationsachse 7 erstreckt. Hierfür ist die
Aufnahmeplatte 3 schwenkbar um eine Drehachse 28 gelagert
und ist außerdem
schwingungsfähig
entlang der x-Richtung ausgebildet. Die Messung der Ungleichförmigkeit
erfolgt in z-Richtung durch eine Kraftmessung bei Aufbringung einer
Vorlast entgegen dieser Richtung.
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Die
Trägereinrichtung 9,
welche unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordnet und über Stege
mit dieser verbunden ist, setzt sich zusammen aus einem ersten Paar
einander gegenüberliegender
Seitenplatten 15, 15' und einem zweiten Paar, ebenfalls einander
gegenüberliegender
Seitenplatten 16, 16'. Hierbei ist jeweils jede Seitenplatte
des ersten Seitenplattenpaars 15, 15' mit jeder Seitenplatte
des zweiten Seitenplattenpaars 16, 16' verbunden.
Die Gesamtheit aus erstem Seitenplattenpaar 15, 15' und zweitem
Seitenplattenpaar 16, 16' wird im Folgenden auch als Trägerstruktur
bezeichnet. Jede der Seitenplatten 16, 16' des zweiten
Seitenplattenpaars ist über
je eine Blattfeder 18, 18', welche ebenfalls zur Trägereinrichtung 9 gehören, mit
einer der Seitenplatten 12, 13 der feststehenden
Grundplatte verbunden. Jede der Blattfedern 18, 18' erstreckt sich hierbei über die
gesamte Breite der jeweiligen Seitenplatte 16, 16' des zweiten
Seitenplattenpaars.
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Die
Aufnahmeplatte 3, deren größte Fläche sich parallel zur x-z-Ebene
erstreckt, steht senkrecht auf der Rotationsachse 7. Sie
ist über
jeweils einen Steg 20, 20' eines ersten Stegpaars mit jeweils
einer Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars 15, 15' verbunden.
Die Stege 20, 20' erstrecken
sich hierbei in Richtung Rotationsachse 7 zu beiden Seiten
der Aufnahme für
die Lagerspindel 5 und sind unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordnet.
Sie bilden eine starre Verbindung zwischen der Aufnahmeplatte 3 und
den Seitenplatten 15, 15' des ersten Seiten plattenpaars.
Durch diese starre Verbindung werden die unwuchtinduzierte Schwingungen
eines auf der Lagerspindel rotierbar gehaltenen Rotationskörpers in der
x-z-Ebene entlang der x-Richtung von der Aufnahmeplatte 3 auf
die Trägerstruktur über die
Stege 20, 20' übertragen.
Diese Schwingungen werden auch als Radialschwingungen bezeichnet.
Die Schwingfähigkeit
wird hierbei durch das seitlich an dem ersten Seitenplattenpaar 15, 15' und entlang des
zweiten Seitenplattenpaars 16, 16' angeordnete Blattfedernpaar 18, 18' gewährleistet,
da sich die kürzeste
Seite jeder Blattfeder 18, 18' in x-Richtung erstreckt.
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Die
Radialschwingungen werden von der Seitenplatte 15 des ersten
Seitenplattenpaars auf einen sich parallel zur Rotationsachse 7 erstreckenden Fortsatz 25 der
Seitenplatte 15 übertragen,
welcher eine Seitenfläche 26 aufweist,
die eine erste Messfläche
zur Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors 27 ausbildet.
Die Seitenfläche 26 verläuft hierbei
senkrecht zur x-Richtung.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an der Seitenfläche 26 ein
Schwingungssensor 27 angeordnet, der die Schwingungen des
Rotationskörpers
aufgrund der Unwucht in x-Richtung (Radialschwingungen) erfasst.
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Die
Stege 20, 20' bilden
außerdem
eine Drehachse in z-Richtung aus, um welche die Aufnahmeplatte 3 gegenüber der
Trägereinrichtung 9 mit
der feststehenden Grundplatte schwenkbar ist. Die Drehachse ist
in 1 mit dem Bezugszeichen 28 versehen und
verläuft
parallel zur z-Richtung und senkrecht zur Rotationsachse 7 und
der x-Richtung. Die Bewegung der Aufnahmeplatte 3 um die
Drehachse 28 aufgrund einer Unwucht des Rotationskörpers, im Folgenden
als Drehschwingungen bezeichnet, wird über eine Fläche 30 an einem Fortsatz 31 an
der Aufnahmeplatte 3 erfasst. Der Fortsatz 31 ist
dabei an einer Seitenkante der Aufnahmeplatte 3 angeordnet, welche
parallel zur Drehachse 28 verläuft. Die Fläche 30 zur Erfassung
der Schwenkbewegung der Aufnahmeplatte 3 ist zu der größten Fläche der
Aufnahmeplatte 3 parallel. An dieser durch die Fläche 30 ausgebildeten
zweiten Messfläche
ist ein Schwingungssensor 32 angeordnet, der die Komponente der
unwuchtinduzierten Drehschwingung der Aufnahmeplatte 3 in
Richtung der Rotationsachse 7 erfasst. In einem nicht dargestellten
weiteren Ausführungsbeispiel
kann die zweite Messfläche
auch direkt zur Schwingungsmessung ausgebildet sein.
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In
dem anhand der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede die
Seitenplatte 15 des ersten Seitenplattenpaars zwei Ausnehmungen 22, 22' auf, welche
sich im Wesentlichen in x-Richtung erstrecken und nebeneinander
angeordnet sind. Hierdurch wird ein Steg 23 ausgebildet,
der eine Fortsetzung des Verbindungsstegs 20 zwischen Aufnahmeplatte 3 und
Seitenplatte 15 in Richtung der Rotationsachse 7 darstellt.
Diese Ausnehmungen 22, 22' dienen der Erleichterung der Schwenkbewegung
um die Drehachse 28, wobei die Steifigkeit der Seitenplatte 15, 15' in x-Richtung
hierdurch nicht verändert wird.
Entsprechende Ausnehmungen sind auch in der der Seitenplatte 15 gegenüber liegenden
Seitenplatte 15' vorgesehen.
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Die
Aufnahmeplatte 3 ist ferner mit jeder Seitenfläche des
zweiten Seitenflächenpaars 16, 16' über jeweils
einen mittig und zu beiden Seiten der Aufnahmeöffnung der Aufnahmeplatte 3 angeordneten
Steg 34, 34' verbunden.
Unterhalb jedes in Richtung Rotationsachse 7 verlaufenden,
unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordneten Stegs 34, 34' weist jede
Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars 16, 16' eine im Wesentlichen
in Richtung z-Richtung verlaufende Ausnehmung 36 auf, welche
die Schwenkbewegung der Aufnahmeplatte 3, übertragen
auf die Seitenplatte 16, 16' des zweiten Seitenplattenpaars, ermöglicht.
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Die
Lagervorrichtung 1 ist gegen eine in z-Richtung wirkende
Kraft, welche zur Messung der Ungleichförmigkeit eingesetzt wird, steif
ausgebildet. Dies ist im wesentlichen durch die Steifigkeit der kraftübertragenden
Stege 20, 20' und 34, 34' zwischen Aufnahmeplatte 3 und
Trägerstruktur,
bestehend aus dem ersten Seitenplattenpaar 15, 15' und dem zweiten
Seitenplattenpaar 16, 16', die Gestaltung der Trägerstruktur
und vor allem durch die Steifigkeit der Blattfedern 18, 18' gegen eine
Kraft in z-Richtung bedingt. Die hohe Steifigkeit der Blattfedern 18, 18' in diese Richtung
ist dadurch begründet, dass
sie ihre längste
und damit steifste Seitenkante in z-Richtung aufweisen, auf die
bei einer Kraft in z-Richtung
eine Schubkraft wirkt.
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In
einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die
Seitenplatten der Trägerstruktur,
insbesondere die Seiteplatten des ersten Seitenplattenpaars 15, 15', teilweise
mit Rundungen ausgebildet sein. Die Rundungen verlaufen hierbei parallel
zur x-z-Ebene.
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Zur
Messung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers wird
der Rotationskörper
zunächst
auf die Lagerspindel gesetzt und dort festgelegt. Anschließend wird
die Spindel 5 beispielsweise mittels eines elektromotori schen
Antriebs in Rotation um die Rotationsachse 7 versetzt. Zur
Ermittlung der drehzahlabhängigen
Unwucht werden bestimmte Drehzahlen eingestellt und die Radialschwingungen
des Rotationskörpers über den ersten
Schwingungsaufnehmer 27 in x-Richtung und die Komponente
der Drehschwingungen um die Drehachse 28 im Wesentlichen
in Richtung Rotationsachse 7 anhand des zweiten Schwingungsaufnehmers 32 erfasst.
Nach bekannten Verfahren wird hieraus die winkelabhängige Unwucht
des Rotationskörpers
berechnet, Bei der anschließenden
Messung der Ungleichförmigkeit
wird gegen den auf der Spindel 5 angeordneten Rotationskörper in
die zur z-Richtung entgegengesetzte Richtung beispielsweise mittels
eines Druckrades eine Vorlast aufgebracht. Hierzu kann beispielsweise
ein Schlitten, auf dem das Druckrad angeordnet ist, in z-Richtung
zur Spindelachse hin verschoben werden. Die durch die Ungleichförmigkeit
des Rotationskörpers
erzeugten Gegenkräfte
in z-Richtung werden durch eine in 1 nicht
dargestellte Kraftmesseinrichtung an der das Druckrad tragenden
Einrichtung erfasst und mittels bekannter Verfahren wird hieraus
die Ungleichförmigkeit
des Rotationskörpers
ermittelt.