DE102007060479A1 - Verfahren zum weitgehend automatischen Auswuchten eines Flügelrades und Wuchtelement zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum weitgehend automatischen Auswuchten eines Flügelrades der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Art und ein Wuchtelement zur Durchführung des Verfahrens.
- Ein derartiges Verfahren, mit dem sich ein Flügelrad nahezu automatisch auswuchten lässt, ist beispielsweise aus der
EP 1571436 A1 bereits bekannt. Als Wuchtelemente sind bekannte Klebermassen aus Kunststoff vorgesehen, die von der automatischen Anbringungsvorrichtung an den Stellen des Flügelrades aufgespritzt werden, an denen aufgrund der vorher mittels der Prüfvorrichtung erhobenen Wuchtdaten ein Ausgleichsgewicht erforderlich ist. Dabei wird die Klebermasse so dosiert, dass das aufgebrachte Kleberfeld der Gewichtskraft des an entsprechender Stelle anzubringenden Ausgleichsgewichtes entspricht. Ist zum Ausgleich ein relativ schweres Ausgleichsgewicht erforderlich, muss demnach eine entsprechend große Klebermasse angebracht werden, die am Flügel erhaben aufliegen und dessen Luftüberströmung nachteilig beeinflussen kann. Die gleichmäßige Verteilung der Klebermasse selbst über die vorgesehene Anordnungsstelle am Flügelrad kann zudem aufgrund des zähen Verhaltens solcher Klebermassen problematisch sein. - Alternativ ist anstelle einer aufzuspritzenden Klebermasse eine Folie als Wuchtelement vorgesehen, die von der Auftragvorrichtung flächig mit der Anordnungsstelle auf dem Flügelrad verklebt werden soll. Bei einer selbstklebenden Folie ist aber eine Gewichtsanpassung des Wuchtelements an die vorzusehende Ausgleichsmasse nicht ohne Weiteres möglich, wenn das Massegewicht auf einer vorgesehenen Anordnungsstelle des Flügelrades konzentriert angebracht werden soll.
- Als nachteilig kann beim bekannten Verfahren außerdem der Umstand angesehen werden, dass der das Wuchtelement bildende Kunststoff nach dem Auftragen zunächst aushärten muss, bevor er mechanisch voll beansprucht werden kann. Selbst wenn der Aushärtevorgang durch Hilfsmittel beschleunigt wird, ist ein insgesamt hoher Zeitaufwand erforderlich, bis die Aushärtung der Wuchtmittel am Flügelrad abgeschlossen ist und das Flügelrad weiterbearbeitet bzw. in die Lüfterzarge eingebaut werden kann.
- Des Weiteren ist es aus der Serienfertigung von Lüfterrädern für Fahrzeugkühler aus Kunststoff bekannt, die Lüfterräder durch manuelles Setzen von Wuchtelementen durch einen Monteur nach Anzeige der von ihm bedienten Prüfmaschine auszuwuchten. Dabei werden die etwa U-förmigen Wuchtelemente aus Stahl nach Auswahl eines Wuchtelementes mit passendem Gewicht an entsprechender Stelle auf den zugehörigen Flügel des Lüfterrades aufgeschoben, wonach sie den Flügelquerschnitt über eine Teillänge umgreifend festgelegt sind. Ein derartiges Auswuchten der Lüfterräder durch einen entsprechend qualifizierten Monteur ist zeitaufwändig und wird bei einer Serienfertigung von Lüfterrädern mit großen Stückzahlen gegenüber einem automatischen Auswuchtverfahren zu deutlich höheren Herstellungskosten des Lüfterrades führen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum weitgehend automatischen Auswuchten eines Flügelrades sowie ein zugehöriges Wuchtelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zu entwickeln, durch welches eine deutliche Verkürzung der Taktzeiten beim Auswuchten des in Serie hergestellten Flügelrades erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.
- Der Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die relativ lange Aushärtezeit von Wuchtelementen aus Klebermasse durch Verwendung von eigensteifen Plattenkörpern als Wuchtelemente vermieden werden kann, wenn diese Wuchtelemente nicht über eine Klebeverbindung sondern mittels eines Punktbefestigungsmittels in kurzer Zeit automatisch am Flügelrad angebracht werden können. Die Wuchtelemente können dabei vorteilhaft aus Metall mit hohem spezifischen Gewicht bestehen, da hierdurch eine Konzentration des Ausgleichsgewichts auf eine kleine Anordnungsstelle des Flügelrades möglich ist. Als Punktbefestigungsmittel lassen sich prinzipiell alle üblichen Mittel wie z. B. Schrauben, Niete oder ähnliches verwenden.
- Wegen der relativ kurzen Montagezeit sind jedoch vorzugsweise Punktbefestigungsmittel vorgesehen, die durch einfaches Einpressen in den Werkstoff des Flügelrades befestigt werden können. Hierbei können zudem mehrere Punktbefestigungsmittel, die z. B. als Dorne mit geriffeltem Rundquerschnitt von einem gemeinsamen Plattenkörper abstehen, gleichzeitig in das Flügelrad eingepresst werden.
- Um ein exaktes Auswuchten des Flügelrades zu ermöglichen, sind Wuchtelemente mit unterschiedlichem Ausgleichsgewicht vorgesehen, die automatisch in Abhängigkeit vom Ausgleichsbedarf an ihrer Anordnungsstelle ausgewählt und befestigt werden können. Die Gewichtsunterschiede können dabei durch unterschiedlich dicke Plattenkörper oder durch unterschiedliche Formate von Plattenkörpern gleicher Dicke herbeigeführt werden.
- Die Arbeitspositionen zum Anbringen der Wuchtelemente lassen sich besonders schnell anfahren, wenn das Flügelrad mittels einer Ausrichtvorrichtung in die Anbringungsstellung(en) gedreht wird, während die weitergehende Positionierung des Wuchtelements am Flügelrad über ein zur Ausrichtvorrichtung benachbartes Handhabungssystem für die Anbringungsvorrichtung insbesondere einen Montageroboter erfolgt.
- Damit sich die Punktbefestigungsmittel des Wuchtelements problemlos in das Flügelrad aus faserlosem oder faserverstärktem Kunststoff einpressen lassen, wird das Wuchtelement von einem Einpresskopf eines linear bzw. räumlich zu verfahrenden Eindrückwerkzeugs auf das Flügelrad niedergedrückt und das Flügelrad auf der gegenüberliegenden Seite von einem Auslegerarm des Eindrückwerkzeugs abgestützt. Während der Zustellbewegung des Eindrückwerkzeuges wird das Wuchtelement vorzugsweise mittels einer Fixiereinrichtung z. B. durch Ansaugen des Wuchtelement in einer exakt definierten Übergabestellung am Einpresskopf gehalten, die der lagerichtigen Einpressstellung entspricht.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Wuchtelemente als Blechbiegeteil ausgebildet und bestehen aus hochwertigem Stahl, insbesondere Edelstahl. Neben dem hohen spezifischen Gewicht von Stahl können die abstehenden Punktbefestigungsmittel im Plattenkörper ausreichend stabil befestigt werden, damit sie über den Vorschub des Plattenkörpers in das Flügelrad eingepresst werden können.
- Damit kein separates Punktbefestigungsmittel für das Wuchtelement benötigt wird, kann es von einer Verankerungszunge gebildet werden, die aus einem zungenförmigen Blechlappen des Plattenkörpers selbst besteht, welcher nach dem Umstanzen quer aus der Ebene des Plattenkörpers abgebogen ist. Zur sicheren Befestigung des Wuchtelements kann dieses eine einzige oder auch mehrere Verankerungszungen aufweisen. Die Anzahl der Verankerungszungen pro Wuchtelement muss hierbei konstruktiv insbesondere in Abhängigkeit der Ausreißfestigkeit des Kunststoffmaterials festgelegt werden. Ist die Verankerungszunge im Mittelbereich des vorzugsweise tellerförmigen Plattenkörpers angeordnet, so ist der Abstand zwischen Punktbefestigungsstelle und Umfang des Plattenkörpers entsprechend groß, was insbesondere bei nahe der Flügelkante anzubringenden Wuchtelementen günstig sein kann. Eine höhere Befestigungsintensität lässt sich mit mehreren Verankerungszungen erreichen, die dann aber vorteilhaft über den Tellerumfang des Plattenkörpers verteilt angeordnet sind. Bei diesen Ausführungsformen muss das Wuchtelement jedoch in einem ausreichend großen Abstand zur Flügelkante des Flügelrades befestigt werden.
- Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie mehrere Ausführungsbeispiele der zugehörigen Wuchtelemente anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
- Darin zeigen:
-
1 eine perspektivische Schrägansicht auf ein in einer Ausrichtvorrichtung gehaltenes Flügelrad, an dem von einer Anbringungsvorrichtung gerade ein Auswuchtelement angebracht wird, -
2 eine perspektivische Schrägansicht auf die separate Anbringungsvorrichtung, -
3 einen vertikalen Längsschnitt durch die Anbringungsvorrichtung, -
4 einen vertikalen Querschnitt durch die Anbringungsvorrichtung und -
5 –9 jeweils eine perspektivische Unteransicht und Draufsicht auf Wuchtelemente mit unterschiedlichen Punktbefestigungsstellen. - Zur Vereinfachung der Beschreibung sind funktionsgleiche Bauteile in den Darstellungen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- Ein in
1 bereichsweise sichtbares Flügelrad10 aus schlagzähem Kunststoff, z. B. aus Polyamid, ist unter Vermittlung eines Werkstückträgers von einer Ausrichtvorrichtung11 mit vertikaler Drehachse in einer Horizontalebene drehbar gelagert und in der gezeigten Drehstellung gehalten, in der auf einem Flügel10.1 des Flügelrades10 ein rundes Wuchtelement12 aus Edelstahl angebracht werden soll. Hierzu dient eine Anbringungsvorrichtung13 , die von einem Mehrachs-Roboter14 mittels eines Tragarms14.1 getragen, über diesen bewegt und in einer Arbeitsstellung oberhalb des Flügelrades10 gehalten ist. - Ausrichtvorrichtung
11 und Anbringungsvorrichtung13 gehören zu einer Auswuchtstation, mit der Flügelräder10 automatisch ausgewuchtet werden können. Hierzu werden die mittels eines nicht gezeigten Prüfstandes vom jeweiligen Flügelrad10 ermittelten Wuchtdaten von einem Datenträger in das Steuersystem der Auswuchtstation eingelesen. Danach wird das zu den Wuchtdaten gehörende Flügelrad10 von der Ausrichtvorrichtung11 bewegt und solange gedreht, bis z. B. eine Referenzmarke am Flügel10.1 erfasst wurde. Anhand der eingelesenen Daten erhalten das Handlingsystem aus Mehrachs-Roboter14 und Anbringungsvorrichtung13 sowie die Ausrichtvorrichtung11 nun die Steuerbefehle, nacheinander die Punkte anzufahren, an denen zum Auswuchten des Flügelrades10 ein Wuchtelement12 angebracht werden muss. Von der Ausrichtvorrichtung11 wird hierbei jeweils die passende Drehstellung des Flügelrades10 angefahren, während die komplexeren Bewegungsabläufe der Anbringungsvorrichtung13 mittels des Mehrachs-Roboters14 angefahren werden. - Zur Anbringung der erforderlichen Wuchtelemente
12 werden diese von einem Einpresskopf15 der Anbringungsvorrichtung13 an den aus den Wuchtdaten errechneten Stellen in die oben liegende Breitseite des jeweiligen Flügels10.1 eingepresst. Der Einpresskopf15 ist hierzu am unteren Ende eines linear bzw. räumlich nach unten ausfahrenden Pressstempels16 angeordnet. Damit der Flügel10.1 beim Einpressvorgang des Wuchtelementes12 durch den sich absenkenden Einpresskopf15 nicht nachgibt, wird der Flügel10.1 auf seiner dem Einpresskopf15 gegenüberliegenden Unterseite von einem als Haltevorrichtung dienenden Auslegerarm17 der Anbringungsvorrichtung13 abgestützt. Als Stützfläche weist der Auslegerarm17 an seiner Oberseite ein zylindrisches Druckstück mit auf den Durchmesser des Einpresskopfes15 abgestimmter Stützebene auf, das koaxial zum Einpresskopf15 verläuft. Die Anbringungsvorrichtung13 kann aufgrund ihrer mehrachsigen Bewegungssteuerung durch den Roboter14 so angesetzt werden, dass die jeweils an der Anordnungsstelle des Auswuchtelementes12 vorliegende Krümmung des Flügel10.1 berücksichtigt bzw. kompensiert wird. Hierzu werden der zwischen benachbarten Flügeln10.1 eingeschobene Auslegerarm17 und die Mittellängsachse des Pressstempels16 so geneigt, dass die Mittellängsachse rechtwinklig zur Ebene der Anbringungsstelle am Flügel10.1 verläuft. Hierdurch ist die Gefahr gering, dass der Flügel10.1 beim Einpressvorgang beschädigt wird oder dass sich der Flügel10.1 mit der Folge einer ungenauen Positionierung des Auswuchtelementes12 elastisch durchbiegt. - Wie in Verbindung mit den Schnittdarstellung nach
2 ,3 und4 deutlich zu erkennen ist, befindet sich seitlich an der Anbringungsvorrichtung13 eine Kamera18 , deren Objektiv auf das Druckstück des Auslegerarms17 und somit beim Einpressen des Wuchtelements12 exakt auf dessen Anbringungsstelle am Flügel10.1 ausgerichtet ist. Durch Bildmustervergleiche kann so mittels der Kamera18 laufend überwacht werden, ob sich an der vorgesehenen Einpressstelle bereits ein Wuchtelement12 befindet. Auch kann die Kamera18 ggf. für einen Prüfdurchlauf genutzt werden, ob alle vorgesehenen Wuchtelemente12 mit den zugehörigen Punktbefestigungsmitteln sicher verankert sind. - Darüber hinaus ist sichtbar, dass an der Anbringungsvorrichtung
13 auf entgegengesetzten Seiten zwei längliche Magazine19 und20 angeordnet sind, die in nicht gezeigter Weise runde Wuchtelemente mit unterschiedlichem Durchmesser und somit unterschiedlichen Gewichten enthalten. Die unteren Ende der beiden aufrecht stehenden Magazine19 und20 münden in einen Wuchtelementevereinzeler21 . Mit diesem kann sichergestellt werden, dass nur das vom angesteuerten Magazin20 oder21 freigegebene Wuchtelement12 dem Einpresskopf15 zugeführt und mittig zum Einpresskopf15 positioniert wird. Damit das vereinzelte Wuchtelement12 diese Position relativ zum Einpresskopf15 auch bei Ausfahren des Pressstempels16 beibehält, ist in den Einpresskopf15 ein Ansaugstück22 integriert, das auf der Oberseite des Wuchtelements12 einen Unterdruck erzeugt und dieses damit in der zum Einpresskopf15 ausgerichteten Mittelstellung fixiert. Es versteht sich, dass der Einpresskopf15 so gestaltet sein muss, dass mit ihm die Wuchtelemente beider Magazine19 und20 lagerichtig erfasst und somit an entsprechender Stelle in das Flügelrad10 eingepresst werden können. - Die Magazine
19 und20 können ebenfalls automatisch mit Wuchtelementen12 unterschiedlichen Durchmessers bestückt werden. Hierzu kann z. B. ein nicht gezeigtes frequenzgesteuertes Rundfördersystem genutzt werden, dass über ein daran anschließendes Transportschienensystem die Magazine bestückt, welche an die geometrischen Abmessungen des zugehörigen Wuchtelements angepasst sind. Prinzipiell wäre es auch denkbar, mit einem Transportschienensystem eine direkte Beschickung der an der Anbringungsvorrichtung verbleibenden Magazine18 und19 vorzusehen. - In
5 ist ein Wuchtelement12 mit einem annähernd runden Plattenkörper12.1 zu sehen, das durch Einpressen einer einzigen, zentral angeordneten Verankerungszunge12.2 am Flügel10.1 eines Flügelrades10 befestigt werden kann. Die Verankerungszunge12.2 ist durch U-förmiges Umstanzen aus einem Mittelbereichs des Plattenkörpers12.1 aus Stahlblech herausgetrennt und rechtwinklig zur Plattenebene abgebogen. Die sich zu ihrem freien Ende etwas verjüngende Verankerungszunge12.2 ist im Endbereich keilförmig abgeschrägt, um den Eindringwiderstand beim Einpressen der Verankerungszunge12.2 in das elastische Kunststoffmaterial des Flügels10.1 zu reduzieren. - Anstelle dieser zentralen Anordnung im Plattenkörper
12.1 zeigt6 ein Wuchtelement12 mit zwei vom Umfang des Plattenkörpers12.1 rechtwinklig zur Plattenebene abgebogenen Verankerungszungen12.2 , wobei die Verankerungszungen12.2 diametrisch angeordnet sind. Die Verankerungszungen12.2 sind jedoch ebenfalls einteilig mit dem Plattenkörper12.1 ausgebildet und durch Umstanzen überstehender Randbereiche des Plattenkörpers12.1 erzeugt. Die Form der Verankerungszungen12.2 stimmt dabei im Wesentlichen mit der von5 überein. - Im Unterschied zur Ausführungsform des Wuchtelements
12 von6 sind am Umfang des in7 gezeigten Plattenkörpers12.1 drei Verankerungszungen12.2 angeordnet, die gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. - Bei den in
8 und9 gezeigten Ausführungsformen ist der Abstand der Verankerungszungen12.2 voneinander weiter verkürzt, weil unter gleichmäßiger Verteilung über den Umfang vier bzw. fünf Verankerungszungen12.2 angeordnet sind. Durch Erhöhung der Anzahl der Verankerungspunkte lässt sich die Befestigungsintensität des Wuchtelements12 am Flügelrad10 prinzipiell erhöhen. Gewisse Variationsmöglichkeiten zur Anpassung an konstruktive Gegebenheiten können zudem durch leichte Änderungen der Geometrie der Verankerungszungen12.2 gewonnen werden. - Es ist davon auszugehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Flügelräder sondern zum besonders wirtschaftlichen Auswuchten aller vergleichbaren Rotationskörper genutzt werden kann. Lediglich der Verwendung der mit Verankerungszungen versehenen Wuchtelemente sind dabei Grenzen gesetzt, da diese nur in ausreichend elastische Werkstoffe eingepresst und dabei zuverlässig verankert werden können.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1571436 A1 [0002]
Claims (10)
- Verfahren zum weitgehend automatischen Auswuchten eines Flügelrades (
10 ), bei dem zunächst die Wuchtdaten des auszuwuchtenden Flügelrades (10 ) mittels einer Prüfvorrichtung ermittelt werden, das Flügelrad (10 ) danach über eine Ausrichtvorrichtung (11 ) in eine definierte Ausgangsposition zu einer Anbringungsvorrichtung (13 ) für eine wenigstens ein Wuchtelement (12 ) umfassende Ausgleichsanordnung gebracht wird und schließlich jedes Wuchtelement (12 ) der Ausgleichsanordnung mittels der Anbringungsvorrichtung (13 ) auf seiner aus den Wuchtdaten berechneten Anordnungsstelle positionsgenau am Flügelrad (10 ) befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wuchtelement (12 ) der am Flügelrad (10 ) anzubringenden Ausgleichsanordnung einen eigensteifen Plattenkörper (12.1 ) umfasst, der von der Anbringungsvorrichtung (13 ) mittels wenigstens eines zugehörigen Punktbefestigungsmittels in der berechneten Position am Flügelrad (10 ) befestigt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (
12 ) durch einen Einpressvorgang des wenigstens einen zugehörigen Punktbefestigungsmittels am Flügelrad (10 ) befestigt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausgleichsanordnung unterschiedlich schwere Wuchtelemente vorgesehen sind, die von der Anbringungsvorrichtung (
13 ) in Abhängigkeit vom für die Anordnungsstelle errechneten Ausgleichsniveau ausgewählt und befestigt werden. - Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (
10 ) mittels der Ausrichtvorrichtung (11 ) in die zugeordnete Anbringungsdrehstellung für das jeweilige Wuchtelement (12 ) gedreht und die Anbringungsvorrichtung (13 ) zu einem automatischen Handhabungssystem gehört, durch welches die Anbringungsvorrichtung (13 ) in ihre zur Positionierung des Wuchtelements (12 ) entsprechende Arbeitsposition zum in der Anbringungsstellung gehaltenen Flügelrad (10 ) verfahren wird. - Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsvorrichtung (
13 ) ein Eindrückwerkzeug mit Einpresskopf (15 ) aufweist, der über den linearen Hub eines Pressstempels (16 ) bewegt wird, wobei die Stempelkraft beim Aufpressen des vom Einpresskopf (15 ) in der Ausgangsstellung gehaltenen Wuchtelements (12 ) von einem Auslegerarm (17 ) des Eindrückwerkzeugs abgestützt wird, der beim Ansetzen des Eindrückwerkzeugs in eine stützende Auflagestellung auf der Rückseite des Flügelrades (10 ) gebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (
12 ) während der Zustellbewegung des Pressstempels (16 ) mittels einer Fixiereinrichtung in der Ausgangsstellung am Einpresskopf (15 ) gehalten wird. - Wuchtelement zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelement (
12 ) als Blechbiegeteil ausgebildet ist, wobei jedes zugehörige Punktbefestigungsmittel fest mit dem Plattenkörper (12.1 ) verbunden ist und quer vom Plattenkörper (12.1 ) absteht. - Wuchtelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Punktbefestigungsmittel des Wuchtelements (
12 ) von einer Verankerungszunge (12.2 ) gebildet ist, die entlang von drei ihrer Umfangsseiten aus dem Blechmaterial des Wuchtelements (12 ) ausgetrennt und quer zum Plattenkörper (12.1 ) hochgestellt ist. - Wuchtelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verankerung des Wuchtelements (
12 ) eine einzige, zentral angeordnete Verankerungszunge (12.2 ) vorgesehen ist. - Wuchtelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wuchtelements (
12 ) mit mehreren, über den Umfang des Plattenkörpers (12.1 ) verteilt angeordneten Verankerungszungen (12.2 ) versehen ist.
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