DE19536929A1 - Auswuchtvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswuchtvorrichtung ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Unwucht, d. h. asymmetrische Massenverteilung bezüglich ei­ ner Drehachse von Drehkörpern, läßt sich in einem Produkti­ onsprozeß kaum ausschalten. Deshalb kommen der Auswucht­ technik in allen Bereichen, wo Teile rotieren, außerordent­ lich wichtige Aufgaben zu, um die Lebensdauer und Lauf ruhe von derartigen Drehkörpern sicherzustellen. Dies gilt ins­ besondere für Drehkörper, die an sich schon nicht streng drehsymmetrisch herstellbar sind, beispielsweise Anker von Elektromotoren.

Bei diesen Ankern wird nämlich auf einen Ankerkern mit An­ kerzähnen aus Eisen o. dgl. eine Ankerwicklung aus Kupfer­ draht aufgewickelt, wobei in der Regel eine Unwucht ent­ steht. Diese Unwucht wird in einem anschließenden Auswucht­ vorgang kompensiert, wobei der fertiggewickelte Anker in einer Auswuchtvorrichtung gedreht wird, die Unwucht lokali­ siert wird und zum Ausgleich bestimmte Ankerzähne angefräst werden bzw. zusätzliche Masse auf den Umfang des Ankers aufgebracht wird, z. B. in Form von Kitt o. dgl.

Um diesen Vorgang weitgehend zu automatisieren, sind in der Auswuchteinrichtung Sensoren vorgesehen, die die Drehlage­ richtung und die Drehgeschwindigkeit des Ankers erkennen, so daß die Unwucht lokalisiert werden kann. Als Sensoren werden beispielsweise berührungslose Induktionssensoren verwendet, die am Umfang des Drehkörpers (Ankers) angeord­ net sind und eine Feldänderung aufgrund des Vorbeilaufes eines Ankerzahns registrieren und in ein Meßsignal wandeln. Entsprechend können auch Lasersensoren oder andere optische Sensoren verwendet werden, die den Vorbeilauf eines Ankerzahns am Umfang erfassen können.

Um jedoch ein verwertbares und zuverlässiges Sensorsignal erhalten zu können, muß die Lage der Sensoren auf die Größe und Form des jeweiligen Drehkörpers eingestellt werden, wo­ bei besonderer Wert auf die Einhaltung des Meßabstandes zu legen ist; dieser Meß- bzw. Schaltabstand beträgt bei­ spielsweise bei Induktionssensoren etwa 0,3 bis 0,5 mm, d. h. die Sensoren müssen bis auf diesen Abstand an den Umfang des Drehkörpers herangeführt werden.

Soweit nur eine einzige Art von Drehkörpern, d. h. Anker mit gleichem Durchmesser und gleicher Zähnezahl, auszuwuch­ ten sind, ist dies nicht problematisch, da die Auswuchtvor­ richtung zu Beginn einmal einzustellen ist und diese Ein­ stellung (sofern es nicht zu einer Dejustierung kommt) dann immer beibehalten werden kann.

Wenn jedoch unterschiedliche Drehkörper mit unterschiedli­ chen Durchmessern u./o. Zahnungen bearbeitet werden sollen, muß dieser Einstellvorgang jeweils neu vorgenommen werden, und zwar von hochqualifiziertem Personal, das mit der er­ forderlichen elektronischen Meßtechnik vertraut ist, um die jeweils optimalen Sensorpositionen festzustellen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Auswuchtvorrichtung zur Erfassung und/oder zum Aus­ gleich von Unwuchten zu schaffen, die schnell und auf ein­ fache Weise auf unterschiedliche Drehkörper umrüstbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Auswuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst; die weiteren An­ sprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Er­ findung.

Erfindungsgemäß ist jeweils ein separater Sensorhalter für jeweils eine Art von Drehkörper vorgesehen, wobei die Stel­ lung des Sensors (oder mehrerer Sensoren) am Sensorhalter optimal für einen bestimmten Drehkörper vorjustiert werden kann. Der Sensorhalter wird in eine Lagereinrichtung an der Auswuchtvorrichtung eingesetzt, und entsprechend kann durch einen einfachen Austausch des Sensorhalters die Auswucht­ einrichtung schnell und zuverlässig für einen anderen Dreh­ körper umgerüstet werden, ohne daß weitere Justierarbeiten erforderlich sind. Die Vorjustierung oder Hauptjustierung kann also einmal am Sensorhalter vorgenommen werden und wird anschließend nicht mehr geändert bzw. nach einer mög­ lichen Dejustierung wieder eingestellt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Sensorhalter in der Lagereinrichtung verschiebbar zu lagern, so daß der Schaltabstand möglichst optimal eingehalten werden kann. Dazu wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise ein Lehrenele­ ment verwendet, das dem auszuwuchtenden Drehkörper nachge­ bildet ist, aber einen um den Schaltabstand vergrößerten Radius aufweist. Zur Einstellung des Schaltabstandes wird dann einfach das Lehrenelement in die Auswuchtvorrichtung eingelegt, und der Sensorhalter wird so auf das Lehrenele­ ment verschoben, daß er (bzw. die Sensoren) in Kontakt mit dem Lehrenelement kommt. In dieser Lage wird der Sensorhal­ ter fixiert, und nach Entnahme des Lehrenelementes ist der Schaltabstand optimal eingestellt.

In entsprechender Weise wie oben beschrieben, kann auch die Vorjustierung jedes einzelnen Sensorhalters mit Hilfe des Lehrenelementes vorgenommen werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Sensorhalters,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Sensorhalters für einen anderen Drehkörper,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines auf einer Lagereinrichtung montierten Sensorhalters und

Fig. 4 eine schematische Vorderansicht der Auswucht­ einrichtung.

Der in Fig. 1 dargestellt Sensorhalter 10 umfaßt ein Hal­ teroberteil 14 und ein Halterunterteil 12. Der Halterober­ teil 14 trägt zwei Sensoren 22, 24, beispielsweise Indukti­ onssensoren, die mit ihren Sensorflächen vorzugsweise etwa bündig mit der Fläche einer Ausnehmung 18 in dem Halter­ oberteil 14 abschließen. Zum optimalen Ausrichten der Sen­ soren auf die Abmessungen und die Drehachse A eines Dreh­ körpers 30, sind sie axialverschieblich (Pfeile a, b) und durch Befestigungselemente 23, 25 (Fig. 2) festlegbar. Für den Sensor 24 ist zudem noch die Möglichkeit einer Querver­ schiebung vorgesehen (Pfeil c).

Die Sensoren 22, 24 werden auf dem Sensoroberteil 14 auf den jeweiligen Drehkörper 30 derart eingestellt, daß sich die Sensorlängsachsen in der Drehachse A des Drehkörpers schneiden. Desweiteren wird einer der Sensoren genau auf einen Ankerzahn ausgerichtet, und der Winkel α wird so ein­ gestellt, daß der andere Sensor auf eine Zahnlücke ausge­ richtet ist. Auf diese Weise können aus den Sensorsignalen, die über Kabel 26, 28 an eine Auswerteeinheit (nicht darge­ stellt) abgegeben werden, die jeweilige Drehlage, die Dreh­ geschwindigkeit und die Drehrichtung ermittelt werden.

Das Halteroberteil 14 sitzt auf dem Halterunterteil 12 oder ist einstückig damit ausgebildet, und das Halterunter­ teil 12 umfaßt eine doppelte T-Führung 16 zur Befestigung an einer Lagereinrichtung der Auswuchtvorrichtung.

Der in Fig. 2 dargestellte Sensorhalter 10′ entspricht im wesentlichen dem Sensorhalter 10 der Fig. 1, unterscheidet sich von diesem aber dadurch, daß er an einen anderen Dreh­ körper 30′ mit anderen Abmessungen und Zahnzahlen angepaßt ist. Er hat somit eine andere Höhe, und der Abstandswin­ kel α′ der Sensoren unterscheidet sich.

Gemäß der Fig. 1 hat der Drehkörper beispielsweise einen Durchmesser von 28 mm und eine Zahnzahl von 8; in Fig. 2 betragen die Werte 24 mm und 10.

Fig. 3 zeigt einen in einer Lagereinrichtung 40 montierten Sensorhalter 10. Die Lagereinrichtung 40 umfaßt einen an der Auswuchtvorrichtung befestigten Sockel 43, der zwei Führungsstifte 42, 44 für den Sensorhalter 10 und eine Wen­ delfeder 46 trägt. Desweiteren ist eine Klemmeinrichtung 48 vorgesehen, entweder am Sensorhalter 10 oder an der Lager­ einrichtung 40, um den Sensorhalter 10 in einer Vertikalpo­ sition fixieren zu können. Nicht dargestellt sind Einstell­ mittel, die es gestatten, beim Einrichten der Auswuchtvor­ richtung die Position der Lagereinrichtung 40 optimal auf die Drehachse A auszurichten. Diese Position wird während des weiteren Betriebs nicht mehr geändert.

Zum Austausch des Sensorhalters wird wie folgt vorgegangen. Die Klemmung des Klemmelementes 48 wird gelöst, und der Sensorhalter wird von den Führungsstiften 42, 44 abgenom­ men. Ein anderer vorjustierter Sensorhalter 10 wird mit den Bohrungen 17 (nicht in Fig. 1 und 2 dargestellt) auf die Führungsstifte 42, 44 gesetzt und gegen die Wirkung der Fe­ der 46, die am Unterteil des Sensorhalters angreift, nach unten verschoben, und zwar bis unter die eigentliche Be­ triebsposition, vorzugsweise bis in eine untere Maximalpo­ sition.

Anschließend wird ein Lehrenelement in die Auswuchtvorrich­ tung eingesetzt. Das Lehrenelement ist dem auszuwuchtenden Drehkörper nachgebildet, hat aber einen um den Schaltab­ stand Δ der Sensoren größeren Maximalradius.

Der Sensorhalter wird dann in Richtung der Federwirkung nach oben verschoben, bis die Ausnehmung 18 des Sensorhal­ ters bzw. die Sensorfläche der Sensoren mit dem Lehrenele­ ment in Kontakt kommt, und die Vertikalposition des Sensor­ halters wird durch die Klemmeinrichtung fixiert. Nach dem Entnehmen des Lehrenelementes und dem Auflegen eines Dreh­ körpers ist somit sichergestellt, daß der optimale Schalt­ abstand zur Oberfläche des Drehkörpers 30 eingehalten wird.

Fig. 4 zeigt rein schematisch eine Vorderansicht einer Aus­ wuchtvorrichtung. Auf Trägern 50, 60 ist in Lagern 52, 62 die Achse 32 eines Drehkörpers 30, beispielsweise eines An­ kers mit einem Schleifkontakt 34, gelagert. Über einen Rie­ menantrieb 80 wird der Drehkörper in Drehung versetzt.

Während der Drehung werden die Signale der Sensoren 22, 24 hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit, der Drehlage und der Drehrichtung aufgenommen. Gleichzeitig werden durch Meßein­ richtungen 54, 64 in den Trägern 50, 60 oder den Lagern 52, 62 die Unwuchtkräfte gemessen und in einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) in Beziehung zu den Sensorsignalen ge­ setzt. Aus diesen Daten wird eine vorliegende Unwucht er­ mittelt, und es wird festgestellt, an welcher Stelle am Um­ fang des Drehkörpers zum Ausgleich der Unwucht Material zu entfernen ist bzw. zusätzliches Material aufzubringen ist. Der Ausgleich der Unwucht erfolgt dann in einem weiteren Schritt, entweder direkt in der Auswuchteinrichtung oder in einer gesonderten Fräseinrichtung o. dgl..

Das Lehrenelement kann ein separat gefertigtes (gedrehtes) Teil sein. Vorzugsweise wird das Lehrenelement jedoch aus einem aktuellen Drehkörper (einem Anker) gefertigt, der mit einer Hülse versehen ist, deren Wanddicke dem Schaltabstand Δ entspricht.

Das Lehrenelement kann auch zur Vorjustierung des Sensor­ halters 10 verwendet werden. Dazu wird das Lehrenelement in die Ausnehmung 18 des Sensorhalters eingelegt, und die Ein­ stellungen a, b und c gemäß Fig. 1 werden derart vorgenom­ men, daß die Sensorflächen in Kontakt mit dem Lehrenelement stehen.

Erfindungsgemäß muß für jede Drehkörperart nur jeweils ein Sensorhalter 10 einmal voreingestellt werden; dies kann an der Auswuchtvorrichtung selbst oder in einer separaten Vor­ richtung erfolgen. Zur Umrüstung der Auswuchtvorrichtung ist dann nur noch der Austausch eines voreingestellten Sen­ sorhalters gegen einen anderen voreingestellten Sensorhal­ ter erforderlich.

Claims (11)

1. Auswuchtvorrichtung mit zumindest einem Sensor (22,24) zur Erfassung der Drehlage und der Drehgeschwindigkeit ei­ nes auszuwuchtenden Drehkörpers. (30) und einer Befesti­ gungseinrichtung für den Sensor (22, 24) zum Festlegen der Sensorposition in Bezug auf die raumfest gehaltene Dreh­ achse (A) des Drehkörpers, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Befestigungseinrichtung ein se­ parater, austauschbarer Sensorhalter (10) ist, der bezüg­ lich der Drehachse (A) einstellbar gelagert ist.

2. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensorhalter (10) zwei Sensoren (22, 24) trägt, die von einer virtuellen Dreh­ achse (A, A′) gleichen radialen Abstand haben und in Um­ fangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

3. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch Einstellmittel (23, 25) zum Vorju­ stieren und zum Festlegen der Relativpositionen der Senso­ ren (22, 24) zueinander.

4. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, ge­ k e n n zeichnet durch eine bezüglich der Dreh­ achse (A) feststehend angeordnete Lagereinrichtung (40) für den Sensorhalter (10), wobei der Sensorhalter (10) in der Lagereinrichtung verschiebbar gehalten ist.

5. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 4, gekenn­ zeichnet durch Vorspannmittel (46), die eine Kraft auf den Sensorhalter (10) entlang seines Verschiebeweges ausüben.

6. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannmittel eine me­ chanische Feder (46) oder hydraulische oder pneumatische Mittel aufweisen.

7. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, ge­ k e n n zeichnet durch Sperrmittel (48) zum Fest­ legen der Relativposition des Sensorhalters (10) in bezug auf die Drehachse (A).

8. Auswuchtvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (40) zumindest einen Führungsstift (42, 44) zur Längsführung des Sensorhalters (10) aufweist und daß die Sperrmittel (48) den Sensorhalter an einem Führungsstift festklemmen.

9. Auswuchtvorrichtung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (22, 24) Induktionssensoren, Lasersensoren oder andere optische Sensoren sind.

10. Lehrenelement zur Verwendung mit einer Auswuchtvor­ richtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lehrenelement dem auszuwuchtenden Drehkörper nachgebildet ist, jedoch einen um den Meßabstand (Δ) der Sensoren (22, 24) vergrößerten Ma­ ximalradius aufweist.

11. Verfahren zum Umrüsten einer Auswuchtvorrichtung zum Erfassen und/oder Ausgleichen einer Unwucht eines Drehkör­ pers mit den Schritten:
Einsetzen eines vorjustierten Sensorhalters (10) in eine Lagereinrichtung (40) der Auswuchtvorrichtung,
verschieben des Sensorhalters (10) in einen Abstand zu ei­ ner raumfesten Drehachse (A),
einsetzen eines Lehrenelementes in die Auswuchteinrichtung, wobei das Lehrenelement dem auszuwuchtenden Drehkörper (30) nachgebildet ist, jedoch einen um den Meßabstand des Sen­ sors vergrößerten Maximalradius aufweist,
verschieben des Sensorhalters in Richtung auf das Lehren­ element, bis der Sensorhalter u./o. der Sensor in Kontakt mit dem Lehrenelement steht,
fixieren des Sensorhalters gegen Verschiebung, Entnehmen des Lehrenelementes.