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Einrichtung zum Bestimmen der Unwucht von an Fahrzeugen montierten
Rädern.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung der Grö#e und
der Lage der Unwuelit voii an Fahrzeugen montierten Rädern, wobei die Lage als Winkelahstand
voll einer auf dem Rad angebrachten Marke bestinnut wird Derartige Einrichtungen
dienen dazu, die statische und die dynamische Unwncht von Fahrzeugrädern zu hestimmen,
damit die Unwuchten z.B. durch Anbringung von zusätzlichem Massen schnell und sicher
beseitigt werden können.
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Es ist bekannt, zu diesem Zwecke auf dem auszuwuchtenden Itad an einer
willkürlich zu wählenden Stelle eine deutlich sichtbare Marke anzubringen, das durch
Aufbocken seiner Achse frei drehbare Rad in Umdrehung zu versetzen und es mittels
eines Lichtblitz-Stroboskops zu beleuchten, dessen Blitzfrequenz mittels eines an
der Achse des Rades angebrachten Schwingungsgehers gesteuert wird. Fiir deu Betracter
scheint die an dem Had angebrachte Marke stillzustehen, solauge die Drehzahl des
Rades konstant ist Bei sich ändernder Drehzahl, verintiert sich auch die scheinbare
Lage der Marke Um die Unwucht zu bestimmen, wird die scheinbare Lage der Marke bei
der Hessnanzfrequenz der durch die Unwucht hervorgerufenen Schwingung bestimmt,
d.h. die Lage der Marke wird darin abgelesen, wenn die Drehzahl des Rades gleich
der Resonanzfrequenz ist. Der Zustand ist Maximum der Amplitude der Schwingung erkennbar,
die als Ausgangs spannung des Schwingungsgebers al) gelesen werden kann.
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Der Nachteil dieses Me#verfahrens bestcht vor allew durin. da# die
Abhängigkeit des Phasenwinkele zwischen der Lage der Unwucht und der Schwingung
der Radachse von der jeweiligen Drehzahl in der Nähe der
Resonanzfrequenz
besonders gro# ist. Mit anderen Worten heisst das, da# der bei der Resonanzfrequenz
erfolgende Nulldurchgang des phasenwinkels sehr steil ist Diese Tatsache erscllwert
die Messung sehr, weil die Resonanzfrequenz schwer genau einzuhalten ist und nian
deshalb gezwungen ist, die Ablesung der Wiiikel möglichst gleichzeitig mit dem Auftreten
des Maximume der Achsschwingung verzunchmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrullele, die bei der bekannten
Me#-methode durch Abweichung von der Resonanzfrequenz bei der Ablesung der Lage
der Marke bedingteii Me#fehler zu vermeiden Erfindungsgemä# wird das dadurch erreicht,
da# durcli e eine elektrooptische Abtasteiarichtung, mittels derer von der auf dem
aufgebockten und in Umdrehung versetzten Rad angehrachten Marke ein Bezugssignal
als Pulsfolge mit der der Umdrehungezahl des Rades eutsprecheuder Frequenz gewonnen
wird, durch niiiidestens einen an der Radachse angebrachten Mes sgeber, der die
Achsschwingungen iii entsprechende ei ektrische Schwingungen verwandelt und feriier
durch eine Auswer te inrichtung, mittels derer die Phasendifferenz zwischen dieser
Schwingung und dem Bezugssignal bestimmt wird gemä# einer Weiterbildung der Erfindung
ist der Me#geher als Zweikoerdimeten-Echwingnngsgeher ausgebildet, wobei desseii
eines Meßsystem die Radialkomponente und das andere die Axialkomponente der Achs
schwingung aufnimmt. Die Radialkomponente entapricht etwa der sogenannten statischen
und die Auialkomponente der sogenannten Hynamischen Unwucht.
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Der Meßvorgang verlüuft folgender Ma#en: Die Achse des Rades, bei
dem Lage und Größe der Unwucht gemessen werden sollen, wird aufgebockt und das Red
dadurch frei drehbar gemacht. Auf ilun wird eine in Acharichtung von aussen sichthare
Marke angebracht, die z.B. aus einem Kreidestrich oder einem Stück Klebeband besteht
Der Meßgeber wird auf der Radachse befestigt. Nachdem das mit Dauerlieht angeleuchtete
Bad in Umdrehung versetzt ist, kann mittels der elektrooptischen Abtasteinrichtung,
die eine Photozelle, Photodiode, Phototransistor oder einen ähnlichen optoelektrischen
Wandler aufweist, bei jedem Vorbeigang der Marke eull Impuls erzeugt werden. Man
bann also mittels der elektrooptischeii Abtasteinrichtung eine erste Schwingung
in Form einer Pulsfolge, deren Frequenz
gleicll der Umdrehungszahl
des Rades ist, gewinnen.
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Als Ausgangsspannung des Me#gebers, der zweckmässig als Beschleunigungsgeber
ausgebildet ist, erhlilt man eine zweite elektrische Schwingung gleicller Frequellz.
Der Phasenunterscliied zwischen diesen beiden Schwingungen wird bei der erfindungsgemäsen
Einrichtung gemessen und zur Bestimmung der Lage der gesuchten Unwucht benutzt,
während die Amplitude der zweiten Schwingung als MaX fiir die Große der Unwucht
dient.
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Figur l zeigt ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels
für die Bestimmung des Phasenwinkels zwischen den beiden Schwillgungen, Figur 2
ein volleständiges Prinzipschaltbild, Figur 3 eine perspektivische Darstellung der
erfindungsgemä#en Anordining zur Gewinnung des Bezugssignals und Figur 4 eine perspektivische
Darstellung der übrigen zur erfindungsgemä#en Einrichtung gellörigen Teile.
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Die von der optischen Abtasteinrichtung 1 als Pulsfolge abgegebene
Ausgangsspannung wird nach Verstärkung in dem Impulsverstärker 10 an den einen Eingang
11 eines Flip-Flop-Schalters 4 gelegt. Die Ausgangsspannung des Beschleunigungsgebers
2 wird mittels des Integrierverstärkers 12 verstärki. Das verstärkte und 90° in
der Phase gedrehte Signal ist an dem Anzeigeinstrument 13 ablesbar und gelangt an
einem Hystereseverstärker 3. In ihm wird das etwa sinusförmige Signal iii eine Rechteckspannung
verwandelt, die an den zweiten Eingang 14 des Flip-Flop-Schalter 4 gelegt wirt Mis
den Pulsen am Eingang 11 des Flip-Flop-Schalter 4 werden in diesem durch Differentiation
Nadelimpulse gewonnen, die den Flip-Flop Scllalter 4 wieder ausschalten. Dadurch
entstehen am Ausgang des Flip-Flop-Schalter 4 Spanuungsimpulse, deren Frequenz gleich
der Drehzahl des Rades ist Das Tastverhältuie dieser Impulsspannung und damit auch
der Mittelwert der Ausgangsspannung sind proportional der gesuchten Phasendifferenz.
Sie gibt die Winkellage der Unwucht bezogen auf die Marke an, denen der zeitliche
Abstand zweier Impulse ist gleich der Dauer einer Radumdrehung und die Impulsdauer
gleich der Zeit, um welche die der Achaschwingung entsprechende Signalspannung zeitlich
gegenüber der Marke verschobeii ist
Durch Mittelwertbildung in der
Stufe 5 ergibt sich eine dem gesuchten Wiiikel proportionale Signalsspannung. In
dem Differenzverstärker 6 wird die winkelportionale Signalspannung als Sollspannung
mit der Spannung am Schleifer 7 des Nachlaufpotentiometers 8 verglichen. Liegt eine
Ab weichung vor, eo steuert der Differenzverstärker 6 den Antriebsmotor 9 solange
in der Richtung all, die die Abweichung verkleinert, bis sie praktisch zu Null wird.
Die im Wesentlichen aus dem mit der Schleiterachse des Nachlaufpotentiometers 8
verbandenen Zeiger hestehende Anzeigeeinrichtung 16 zeigt bei entsprechender Ausbildung
des Nachlaufpotentiometers 8 und Wahl der Speisespannung den gesuchten Winkel in
seiner natürlichen Größe an Die Speicherung des auf diese Weise gemessenen Wertes
erfolgt in einfacher Weise durch Unterbrechung einer Zuleitung des Antriebsmotors
9 mittels des Schalters 17.
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Es ist zweckmäßig, der Sollspannung eine Wechsel spannung zu überlagern
Sie bewirkt, daß der Antriebsmotor 9 schon vor dem Erreichen des Abgleichs Gegenimpulse
erhält, die ihn rechtzeitig vor Erreichen des Abgleichs akbremsen Wegen der eingespeisten
Wechselspannung wird der Antriebsmotor 9 auch bei Stillstand nicht stromlos, sondern
erhält gleich starke Ans teuerimpulse in beiden Drehrichtungen, die sich gegenseitig
aufheben, weil der Antriebsmotor dem schnellen Wechsel dieser Ansteuerimpulse nicht
zu folgen vermag.
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Vie Überlagerung der Wechselspannung ergibt den Vorteil, daß man die
Nachlaufgeschwindigkeit erhöhem kann, ohne Gefahr zu laufen, daß der Zeiger überläuft
oder pendeln Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das ganze Sx=stem keine Hysterese
aufweist, da bereits geringste änderungen der Sollspannung eine Unsymnetrie der
Ansteuerimpulse für den Antriebsmotor ergeben, die ein Nachlaufen des Antriebsmotors
bewirken.
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Das Prinzipschaltbild Figur 4 zeigt die beiden- in dem Zweikoordinaten-Schwingungsgeber
vorhandenen, als Reschleunigungsgeher ausgebildeten einzelnen Schwingungsgeber 2'
und 2" von denen der erste die Radialkomponente und der zweite die Axialkomponente
der Schsschwingung in entsprechende elektrische Spannungen umsetzt. Die auf diese
Weise erhaltanen beiden
Spannungen gelangen je an einen der beiden
Integrierverstärker 12' und 12". An ihren Ausgängen liegt je ein Anzeigeinstrument
13' bzw.
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13" an dem die Amplitude der von den beiden Schwingungsgebern 2' und
2" abgegebenen Spannung in willkürlichen Einheiten ablesbar ist. Mittels des Schalters
18 kann die eine (Schalterstellung S) oder die andere (Schalterstellung D) dieser
beiden Spannungen, die der atatischen und der dynamischen Unwucht des auszuwuchtenden
Rades entsprechen, an den Hystereseverstärker 3 gelegt werden. Durch ihn werden-die
etwa sinusförmigen Schwingungen in Rechtecks schwingungen verwandelt, die an den
Eingang 14 des Flip-Flop-Schalters 4 gelegt werden. Sie schalten diesen, nachdenl
sie darin durch Differentiation zunächst in Nadelimpulse verwandelt wurden, aus,
nachdem dieser in dem bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise durch
das von dem Lmpulaverstärker 10 abgegebene Bezugssignal eingeschaltet worden war,
Durch Mittelwertbildung in der Stufe 5 ergibt sich - wie bei dem ersten Ausffflirungsbeispiel
- eine dem gesuchten Winkel proportionale Signal spannung, die prinzipiell in der
bereits beschriebenen Weise weiterverarbeitet wird.
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Die bei dem ersten Ausführungebeispiel nur einfach vorhandenen, dem
Differenzverstärker nachgeschalteten Teile, d.h. das Nachlaufpotentiometar 7 sowie
der Antiiebsmotor 9 und die Anzeigevorrichtung 16 sind hier als Nachlaufpotentiometer
8' und 8" mit den zugehörigen Schleifern 7' und 7", den Antriebsmotoren 9' und 9"
sowie die ihnen zugeordneten Anzeigevorrichtungen ib' und 16" eind hier zweifach
vorhanden. Sie köunen mittels der Schalter 19' bzw. 19" und 20' bzw, 20'wahlweise
eingeschaltet werden. Auf diese Weise wird erreicht, daß der gesuchte Winkel bei
beiden Drehrichtungen gemessen werden kann und da# beide Messergebnisse für die
nachfolgende Mittelbildung gespeichert werden.
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Zur Erleichterung der Mittalbildung werden die beiden Nachlaufpotentiometer
8' und 8" zweckmä#ig koaxial angeordnet, wobei eine Schleiferachse als Hohlachse
ausgebildet ist, sodaß die beiden Anzeigeeinrichtungen 16' und 16" eine gemeinsame
Anzeigeskala haben. Der gesuchte Winkel ergibt sich in direkt ablesbarer Form als
die Mitte zwischen den Ausschlägen beider Zeiger; die Grö#e der statischen Unvucht
entapricht dem Ausschlag des Anzeigeinetrumentes 13', die dynamischen Unwncht dem
Ausschlag des Anzeige instrumentes 13".
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In der perspektiven Darstellung der Figur 3 ist 21 die aufgebockte
Radachse, mit ilir ist der Schwingungsgeber 22 mittels der Klemmvorrichtung 23 verbunden.
Die elelctrischen Spannungen, in die der Schwingungsgeber 22 die mechanischen Schwingungen
der Achse 21 verw, llldelt, werden mittels des Kabels 24 an die Auswertseinrichtung
25 (Fig.4) übertragen Auf dem auszuwuchtenden Rad 26 ist an einer beliebigen Stelle
die Marke 27 angebracht Wenn das beleuchtede Rad 26 sich dreht, wird in der elektro-optischen
Abtastainrichtung 28, die auf einem einstellbaren Stativ 29 montiert ist, das Bezugssignal
gewonnen. Es wird mittels des Kabels 30 nach der Auswerteeinrichtung 25 übertragen
Wie die Figur 4 zeigt, ist diese in geeigneter Höhe auf dem fahrbaren Untergestell
35 angebracht. Auf diesem ist ferner der Antriebsmotor 31 montiert. Er trägt uuf
seiner Achse die Friktionsscheibe 32, die mittels des umschwenkbaren Arbeitsbügels
33 arl das anssuwuchtende Rad 26 bis zur Berührung mit der Friktionsscheibe 32 herangeschoben
werden ka'in und darauf durch Einschalten des Motors 31 das Rad 26 mittels der Friktionsscheibe
32 in Umdrehung versetzt werden kann Die Messung wird vorgenommen, nachdem das Rad
26 die gewünschte Drehzahl erreicht hat und die Friktionsscheibe abgezogen ist,
soda# das Rad 26 frei ausläuft Zweckmäßig werden die Bedienungseinriclltungen 34
für den Antriebsmotor 3 an dem Arbeitsbügel 33 an bequem zugänglicher Stelle, d.b.
derart angebraciit, daß der die Einrichtung Bedienende mit der gleichen Hand ouer
den gleichen Händen, mit denen er den Arbeitsbügel beim heranführen und während
des Antreibens des Rades 20 hält, die Bediemungseinrichtungen 34 betätigen kann.
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Um die erfindungsgemä#e Einrichtung den jeweils@gegehenen Verhältnissen
anpassen zu können, ist es zweckmä#ig die Auswerteeinrichtung 25 in der Möhe verstellbar
sowie drehbar und/oder kippbar auf dem Untergestell 35 anzubringen Ferner kann es
zweckmä#ig sein, ausser den Bedieuungsmitteln für den Antriebsniotor 31 auch noch
Bedienungsmittel der Auswerteeinrichtung, beispiel--sweise zur Auswerteeinrichtung.
gehörenden Schalter für Jlechts-oder Linkslauf an den Arbeitsbiigel zu verlegen