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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unwuchtausgleich eines Rotors
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1, wie aus
DE-AS
12 36 829 bekannt.
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Nach
der Feststellung der Unwucht eines Rotors ist es meist notwendig,
an den Ausgleichsstellen einen Unwuchtausgleich vorzunehmen. Bei
Rotoren, an denen der Unwuchtausgleich nur an bestimmten Stellen
vorgenommen werden kann, wie dies z. B. bei den Ankern von Elektromotoren
der Fall ist, kann der Ausgleich durch einen mehrere dieser Stellen übergreifenden
Abtragungsvorgang mit einem Ausgleichswerkzeug erfolgen, dessen
Bearbeitungsdurchmesser größer ist
als der Durchmesser des Rotors an diesen Stellen, wie dies aus
DE-AS 22 31 226 oder
DE 32 32 542 A1 bekannt
ist. Der Ausgleich kann in der Regel auch in Komponenten an zwei
zum Ausgleich geeigneten Stellen am Umfang des Rotors durchgeführt werden.
Da z. B. bei Motorankern eine genügend große Ausgleichsmasse lediglich
an den Stellen zur Verfügung
steht, bei denen die Segmente durch Stege mit dem Kern des Motorankers
verbunden sind, ist es erforderlich, daß die Ausgleichswerkzeuge möglichst
mittig auf den Segmenten aufgesetzt werden. Andernfalls würden die Segmente
in ihrem Randbereich leicht bis auf die darunterliegende Kupferwicklung
durchgefräst.
Dies betrifft hauptsächlich
Motoranker kleiner Baugröße, die
in der Regel durch Fräs-
oder Schleifwerkzeuge bearbeitet werden.
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DE 31 07 539 A1 offenbart
einen Unwuchtausgleich in Komponenten an zum Ausgleich geeigneten
Stellen am Umfang eines Rotors in Form eines Motorankers. Mit einem
einzelnen Ausgleichswerkzeug wird ausgeglichen, wenn die Unwuchtwinkellage
sich mit einem Segment deckt und die Unwucht komplett in diesem
Segment beseitigt werden kann. Der Unwuchtausgleich erfolgt mit
zwei einzelnen Ausgleichswerkzeugen, wenn sich die Unwuchtlage zwischen
zwei Segmenten befindet und die Unwucht komplett in diesen beiden
Segmenten beseitigt werden kann. Zur Festlegung der bezüglich der
Segmente unterschiedlichen Ausgleichsmassen sind die beiden Ausgleichswerkzeuge
in aufwendiger Weise getrennt steuerbar.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der vorstehend zitierten
DE-AS 1 236 829 vorbekannt,
bei der ein Unwuchtausgleich an einem Rotor in Form eines Motorankers
durch einen Arbeitsgang mit zwei gleichzeitig einsetzbaren materialentfernenden
Ausgleichswerkzeugen vorgenommen wird. Es wird ein Verfahren beschrieben,
bei dem auf einem kreisförmig
verschwenkbaren Tisch der Motoanker so eingespannt wird, daß der Drehpunkt
auf einer Umfangslinie zwischen den zum Ausgleich bestimmten Stellen
bzw. Segmenten des Motorankers liegt. Danach wird der Tisch um diesen
Drehpunkt soweit verschwenkt, daß die Ausgleichswerkzeuge entsprechend
der Komponenten der Ausgleichsmassen verschieden tief in die Segmente
eindringen können. Zum
Materialabtrag wird dann ein mit zwei Ausgleichswerkzeugen in Form
von Fräswerkzeugen
an einer Maschinenspindel versehenes Werkzeug in Richtung auf den
Motoranker geschwenkt. Da die Schwenkradien der beschriebenen Vorrichtung
auf einen bestimmten Durchmesser der Motoranker festgelegt sind,
treffen die Ausgleichswerkzeuge immer symmetrisch zum Drehpunkt
des Tisches auf den Segmenten des Motorankers auf. Bei entsprechendem
Abstand der Ausgleichswerkzeuge voneinander wird deshalb stets auch
der Materialabtrag in der Mitte der Segmente vorgenommen. Das mit
dieser Vorrichtung beschriebene Ausgleichsverfahren hat den Nachteil,
daß die
Ausgleichswerkzeuge nur dann mittig auf den Segmenten aufsetzen,
wenn die Umfangslinie des Rotors durch den Drehpunkt des Schwenktisches
verläuft.
Andernfalls müßte die
Vorrichtung mit anderen Schwenktischen umgerüstet werden, was sehr aufwendig
wäre.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Unwuchtausgleich an Rotoren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auf einfache
Art und Weise ein genauer Unwuchtausgleich von Rotoren mit unterschiedlichen Rotordurchmessern
vorgenommen werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, daß der
Ausgleich in den zum Materialabtrag möglichen Stellen immer durch
lineare Bewegungen erfolgt, wobei die Richtung auf die. Drehachse
des Rotors gerichtet oder unter einem errechenbaren Winkel α gegen diese
Richtung versetzt ist. Dadurch ist es möglich, bei bekanntem Rotorumfang
und bei bekanntem Querschnitt der Abtragsflächen der Ausgleichswerkzeuge die
abzutragenden Ausgleichsmassen bei bestimmten Eindringtiefen zu
berechnen.
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Darüber hinaus
bietet das erfindungsgemäße Verfahren
noch den Vorteil, daß der
Unwuchtausgleich an Rotoren mitbestimmten symmetrisch am Umfang
verteilten zum Ausgleich geeigneten Stellen auch auf herkömmlichen
Auswuchtmaschinen vorgenommen werden kann. Dazu ist lediglich erforderlich, daß der Rotor
um seine Drehachse kontinuierlich positionierbar ist und daß entsprechend
Platz für
die Anbringung einer entsprechenden Ausgleichsvorrichtung mit mehreren
Ausgleichswerkzeugen vorhanden ist, die koordinatenmäßig mindestens
linear in radialer und tangentialer Richtung gesteuert werden können. Dabei
ist es vorteilhaft, eine derartige Steuerung in vorhandenen Auswerteeinrichtungen zum
Unwuchtausgleich durch entsprechende elektronische Schaltungen zu
ergänzen
oder in vorhandene Rechenprogramme zusätzlich einzugeben.
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Darüber hinaus
bietet das Verfahren noch den Vorteil, daß es mit geringem apparativen
Aufwand realisierbar ist, da in der Regel bei herkömmlichen
Auswuchtmaschinen bereits Ausgleichsvorrichtungen mit jeweils einem
Ausgleichswerkzeug vorhanden sind, das sich bereits auch koordinatenmäßig linear
in radialer und tangentialer Richtung zum Rotor steuern läßt. Die
vorhandenen Ausgleichsvorrichtungen müssen deshalb lediglich mit
weiteren Ausgleichswerkzeugen versehen und die Auswerteeinrichtung
in ihrem Programm entsprechend ergänzt werden.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels,
das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
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1: schematisch eine Ausgleichsvorrichtung
mit einem Rotor und drei darunter angeordneten Ausgleichswerkzeugen,
bei denen die Resultierende der Unwucht U in Richtung des nach unten
zeigenden Rotorsegmentes gerichtet ist und
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2: eine schematische Ausgleichsvorrichtung
mit einem Rotor und drei darunter angeordneten Ausgleichswerkzeugen,
bei denen die Resultierende der Unwucht U in eine Richtung zeigt,
die sich zwischen zwei nach unten zeigenden Rotorsegmenten befindet.
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Die 1 der Zeichnung zeigt eine
schematische Ausgleichsvorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines
Rotors 1, der als Motoranker ausgebildet ist, bei dem das
Verfahren zum Unwuchtausgleich in einem Arbeitsgang mit drei Werkzeugen
als Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 durchgeführt wird.
Das Verfahren wird auf einer bekannten Auswuchtmaschine durchgeführt, bei
der der Rotor 1 in seiner Umfangslage kontinuierlich positionierbar
gelagert ist. Das Ausgleichsverfahren wird durch entsprechenden,
Materialabtrag durch eine Fräsvorrichtung in
der oder den Ausgleichsebenen durchgeführt. Dazu ist eine antreib
bare Spindel (Antriebsspindel 7) vorgesehen, auf der die
Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 befestigt
sind. Die Antriebsspindel 7 ist. unter dem Rotor 1 angebracht
und linear in mindestens zwei Richtungen 14, 15 koordinatenmäßig bewegbar.
Die Antriebsspindel 7 kann aber auch oberhalb oder an anderen
beliebigen Stellen am Umfang des Rotors 1 vorgesehen werden.
Die Anordnung der Antriebsspindel 7 am Umfang des Rotors 1 wird
zweckmäßigerweise
unterhalb zum Rotor 1 angeordnet, weil dann das abgetragene
Material leicht entfernbar ist und die Unwuchtmeßeinrichtung nicht so leicht
durch das abgetragene Material verschmutzt werden kann.
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Die
Antriebsspindel 7 ist durch eine Verschiebevorrichtung
koordinatenmäßig linear
in horizontaler und vertikaler Richtung stufenlos verschiebbar.
Dazu wird die Antriebsspindel 7 zweckmäßigerweise durch steuerbare
Elektromotoren in Richtungen 14, 15 bewegt und
gleichfalls durch einen Drehantrieb zur Betätigung der Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 angetrieben.
Die verschiedenen Antriebe könnten
aber auch durch andere bekannte pneumatische, hydraulische oder
mechanische Antriebsweisen erfolgen. Dabei ist wesentlich, daß die Antriebsspindel 7 linear
in die horizontalen 15 und die vertikalen 14 Richtungen
um 90° versetzt
bewegbar ist, wobei jede Bewegung in zwei entgegengesetzte Richtungen
gesteuert werden kann.
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Das
Ausgleichsverfahren wird mit wenigstens zwei Ausgleichswerkzeugen
durchgeführt.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel
arbeitet allerdings mit drei Ausgleichswerkzeugen 8, 10, 11,
die als Fräser
mit dreieckförmiger
Hearbeitungsquerschnittsfläche
ausgebildet sind. Das Ausgleichsverfahren kann aber auch mit entsprechenden
Schleif- oder Bohrwerkzeugen durchgeführt werden.
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Die
Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 sind auf der
Antriebsspindel 7 parallel zueinander befestigt und werden
zum Materialabtrag in eine dem Materialabtrag entsprechende Drehbewegung
versetzt.
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Der
Rotor 1 zum Unwuchtausgleich ist ein Elektromotorenanker,
der auf seinem Umfang zwölf symmetrisch
angeordnete, zum Ausgleich geeignete Stellen in Form von Segmenten
besitzt, von denen in der Zeichnung nur drei Stellen 6, 9, 13 näher dargestellt
sind. Die Segmente sind durch dünne
Stege mit dem Kern des Motarankers verbunden, die als Mittenachsen 3, 4, 12 in
der Zeichnung dargestellt sind und die Segmente in zwei gleich große Abschnitte aufteilen.
Da zwischen den Segmenten des Motorankers im auszuwuchtenden Zustand
Kupferwicklungen vorhanden sind, ist ein Ausgleich nur am Umfang der
Segmente möglich,
die die am Rotorumfang symmetrisch verteilten Stellen darstellen.
Die Segmente sind am Umfang des Rotors 1 erheblich breiter
ausgebildet als zu den Stegen (Mittenachsen 3, 4, 12) hin,
so daß eine
Materialentfernung nur mit entsprechend geformten Werkzeugen möglich ist,
deren radiale Bearbeitungstiefe durch die verjüngende Formgebung begrenzt
ist, da andernfalls die Segmente von den Stegen (Mittenachsen 3, 4, 12)
durchtrennt würden.
Deshalb ist es zweckmäßig, den
Materialabtrag an mehr als zwei Segmenten vorzunehmen. Dabei ist
der Materialabtrag an mindestens zwei Segmenten vorzunehmen, weil
bei einer Unwuchtresultierenden, die nicht in Richtung der Mittenachse
eines Segmentes verläuft,
in mindestens zwei Komponentenrichtungen ausgeglichen werden muß. Da hierzu
nur die Segmente zur Verfügung
stehen, müssen
die Ausgleichswerkzeuge so beabstandet sein, daß mindestens der Abstand zweier
benachbarter Segmente gleichzeitig bearbeitet wird. Zweckmäßigerweise
wird hierbei so ein Abstand gewählt,
daß die
Ausgleichwerkzeuge 8, 10, 11 in etwa
mittig auf den Segmenten mit ihren spanabnehmenden Werkzeugen eingreifen,
wobei sie bei maximal zulässiger Eindringtiefe
die Mittenachsen 3, 4, 12 erreichen.
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Die
dargestellten Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 werden
durch drei Fräswerkzeuge
gebildet, wobei das mittlere Ausgleichswerkzeug 10 über einen
kleineren Bearbeitungsdurchmesser verfügt als die beiden äußeren Ausgleichswerkzeuge 8, 11.
Dabei sind die Durchmesser so gewählt, daß eine gedachte Verbindungslinie
der drei Werkzeugspitzen der Krümmung
des Rotorumfangs angepaßt
ist, wobei das mittlere Ausgleichswerkzeug 10 in der dargestellten 1 bei einer radialen Bewegung
vor den anderen beiden Ausgleichswerkzeugen 8, 11 in
das mittlere Segment, d.h. die zugeordnete Stelle 9, im Folgenden
als Segment 9 bezeichnet, eingreift. Die Durchmesser der
drei Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 müssen deshalb
so gewählt
werden, weil bei einer Grenzwinkellage, bei der die Unwuchtresultierende
U genau zwischen zwei benachbarten Segmenten verläuft, auch
nur zwei Ausgleichswerkzeuge in die beiden benachbarten Segmente
eingreifen, während das
dritte Ausgleichswerkzeug keinen Materialabtrag vornehmen darf.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens wird der Rotor 1 in die Maschinenlager eingespannt
und nach der Unwuchtermittlung in die entsprechende Ausgleichslage
so eingedreht, daß er
mit dem Segment 9, an dem der größte Materialabtrag vorzunehmen ist,
vertikal nach unten zeigt. Nach 1 der
Zeichnung ist eine Unwuchtresultierende festgestellt worden, deren
Winkellage in Richtung der Mittenachse 3 des senkrecht
ausgerichteten Segments 9 verläuft. Die Unwuchtresultierende
ist durch die Unwuchtrichtung U als deren Winkellage dargestellt.
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Durch
eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung wird nach bekannten
Rechenverfahren die zu entfernende Ausgleichsmasse in der dargestellten Ausgleichsebene
errechnet. Aus den jeweiligen rotorspezifischen Daten werden dann
nach bekannten Rechenverfahren die Komponenten der Ausgleichsmassen
in den verschiedenen Segmenten berechnet. Daraus wird unter Berücksichtigung
der jeweiligen Fräserform
die Eindringtiefe z in vertikaler Richtung 14 berechnet
und ein Signal gebildet, das die Antriebsspindel 7 um den
entsprechenden Weg in Richtung auf die Mittenachse 3 verschiebt.
Da die ermittelte Unwuchtresultierende 5 in Richtung der
Mittenachse 3 des senkrecht nach unten zeigenden Segmentes 9 gerichtet
ist, wird in den drei in einem Arbeitsgang zu bearbeitenden Segmenten
(Stellen 6, 9, 13) eine symmetrische
Ausgleichsmasse zur Mittenachse 3 des mittleren Segments 9 abgetragen. Dazu
wird die Antriebsspindel 7 in horizontaler Richtung 15 so
angesteuert, daß das
mittlere Ausgleichswerkzeug 10 unter das in Unwuchrichtung
zeigende Segment positioniert wird. Die symmetrische Fräserspitze
des mittleren Ausgleichswerkzeugs 10 zeigt dabei in Richtung
auf die Mittenachse 3 des senkrecht nach unten zeigenden
Segmentes 9. Daraufhin wird die Antriebsspindel 7 zum
Materialabtrag angetrieben und entsprechend dem errechneten Vorschubweg
unter Berücksichtigung
der Ist-Position
soweit in vertikale Richtung 14 bewegt, bis die Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 den
der Eindringtiefe z entsprechenden Materialabtrag vorgenommen haben.
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Da
die maximale Eindringtiefe durch die Form der Segmente begrenzt
ist, ist die Fräsvorrichtung
so ausgebildet, daß auch
ein axialer Vorschub entlang der Rotoroberfläche durchführbar ist. Dabei wird die axiale
Bewegungstrecke so gesteuert, daß sie symmetrisch zur Ausgleichsebene
erfolgt.
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Nach
einem erfolgten Ausgleichsvorgang wird die Ausgleichsvorrichtung
durch die Auswerteeinrichtung wieder in eine vorgegebene Ausgangsstellung
gesteuert. Das Verfahren kann aber auch so ausgestaltet werden,
daß die
Ausgleichsvorrichtung in die zweite Ausgleichsebene bewegt wird
und dort einen gleichartigen Ausgleichsvorgang ausführt. Allerdings
könnte
auch eine Ausgleichsvorrichtung mit zwei Antriebsspindeln vorgesehen
werden, bei der nach dem ersten Ausgleichsvorgang der Rotor in die zweite
Ausgleichslage gesteuert wird, wobei die zweite Antriebsspindel
in der Nähe
der zweiten Ausgleichsebene angebracht wäre und van der Ist-Position
in die errechnete Arbeitsstellung gesteuert würde.
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In 2 der Zeichnung ist das
Verfahren anhand einer Unwuchtresultierenden 5 dargestellt,
die zur Mittenachse 3 des nach unten gerichteten Segmentes 9 einen
Winkel φ bildet.
Die dargestellte Winkellage der Unwuchtresultierenden 5 zeigt
also in eine Richtung, an der kaum Ausgleichsmaterial zum Unwuchtausgleich
entfernt werden kann. Nach Ermittlung der Unwucht nach Betrag und
Winkellage wird der Rotor 1 zunächst soweit um seine Drehachse 2 gedreht,
bis das der Winkellage am dichtesten benachbarte Segment 9 senkrecht
nach unten gerichtet ist.
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Befindet
sich die Winkelstellung genau in der Mitte zweier Segmente – also in
einer Grenzwinkelstellung –,
so wird ein auf die Drehrichtung bezogenes Segment als das bevorzugte
Segment festgelegt und senkrecht nach unten gedreht und die Steuerung der
Antriebsspindel 7 darauf abgestimmt.
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Danach
wird die Antriebsspindel 7 tangential mit der Spitze des
mittleren Ausgleichswerkzeugs 10, wie nach 1 beschrieben, unter das nach unten zeigende
Segment 9 gesteuert, so daß die Mittenachse 3 des
nach unten ausgerichteten Segments 9 senkrecht nach unten
zeigt und deren vertikal senkrechte Verbindungslinie durch den Drehpunkt
der Drehachse 2 des Rotors 1 verläuft.
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Aus
der winkelmäßigen Abweichung φ der Unwuchtresultierenden
U von der Mittenachse 3 des benachbarten und nach unten
zeigenden Segments 9 errechnet die Auswerteeinrichtung
eine tangentiale Verschiebestrecke (Weg x), die die Relation der
Abtragsmengen in den der Unwuchtresultierenden U benachbarten Segmenten
(Stellen 6, 9, 13) festlegt. Dieses entspricht
den Komponenten der Unwuchtresultierenden U in den benachbarten
Segmenten (Stellen 6, 9, 13). Mit einem
entsprechenden Signal wird nun die Antriebsspindel 7 tangential
bzw. horizontal zum Rotor 1 verschoben. Dabei ergibt sich
die horizontale Verschieberichtung aus der Lage der Unwuchtresultierenden
U bezüglich
des nach unten gerichteten Segments 9. Befindet sich z.
B. die Unwuchtresultierende U bei Draufsicht auf den Rotorquerschnitt
rechts von dem nach unten zeigenden Segment 9, so erfolgt
eine Verschiebung der Antriebsspindel 7 nach links, so
daß in
den beiden rechten Segmenten 9, 13 ein größerer Materialabtrag
erfolgt. Befindet sich hingegen die Unwuchtresultierende U links
von der Mittenachse 3 des nach unten gerichteten Segments 9,
so erfolgt eine Verschiebung der Antriebsspindel 7 in tangentialer
Richtung 15 nach rechts.
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Die
betragsmäßige Verschiebung
(Weg x) wird mit Hilfe eines in die Auswerteeinrichtung eingegebenen
Rechenprogramms, in den die Form der Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11,
die vorgesehene Eindringtiefe z, die Unwuchtresultierende U, die
Winkellage und die rotorspezifischen Daten eingegeben werden, errechnet.
Um bei den Segmenten in der Ausgleichsebene die maximale Ausgleichsmasse
zur Verfügung
zu haben, ohne daß die
Segmente an der Verbindung zu den Stegen durchgefräst werden,
ist es notwendig, die Ausgleichsmasse am Umfang des Rotors 1 möglichst
symmetrisch zu den Mittenachsen 3, 4, 12 zu
entfernen. Deshalb wird nach dem tangentialen Verschieben der Antriebsspindel 7 um den
Weg x der Rotor 1 um seine Drehachse 2 der tangentialen
Verschiebung um den Weg x um einen errechenbaren Winkel α nachgeführt. Der
Nachführwinkel α wird aus
dem errechneten Weg x der Verschiebestrecke und den rotorspezifischen
Daten in der Auswerteeinrichtung errechnet und in ein entsprechendes
Signal umgewandelt, durch das der Rotor 1 mit der Mittenachse 3 seines
nach unten gerichteten Segments 9 über die Spitze des mittleren
Ausgleichswerkzeuges 10 positioniert wird.
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Sobald
die Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 entsprechend
der Relation der Abtragsmenge in den zu fräsenden Segmenten (Stellen 6, 9, 13)
positioniert sind, wird die Antriebsspindel 7 der Ausgleichsvorrichtung
vertikal bzw. radial und senkrecht zur horizontalen Richtung 15 bewegt,
so daß die
rotierenden Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 in
die Segmente (Stellen 6, 9, 13) des Rotors 1 eingreifen
und die entsprechenden Ausgleichsmassen abfräsen. Dabei werden die Ausgleichswerkzeuge 8, 10, 11 so
gesteuert, daß sie
mit der errechneten Eindringtiefe z die errechneten Ausgleichsmassen
aus den Segmenten(Stellen 6, 9, 13) der
jeweiligen Ausgleichsebene entfernen. Dabei, erfolgt die Steuerung
entsprechend den zu 1 beschriebenen
Verfahrensschritten.
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Für die Durchführung des
vorbeschriebenen Ausgleichsverfahrens ist es unbeachtlich, von welcher
horizontalen Seite der Auswuchtmaschine aus die Antriebsspindel 7 gesteuert
wird. Es ist lediglich nötig,
die Bezugspunkte innerhalb eines Koordinatensystems festzulegen
und danach die Antriebsspindel ? koordinatenmäßig zu steuern. Es ist für die Durchführung des
Verfahrens in einer anderen Ausführung
auch möglich,
statt der Antriebsspindel 7 der Ausgleichsvorrichtung den
Rotor 1 mit seiner Drehachse 2 koordinatenmäßig gegenüber der
Ausgleichsvorrichtung zu verschieben.