DE3923191A1 - Vorrichtung zum messen von unwuchten an rotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Unwuchten an Rotoren, insbesondere Kraftfahrzeugrädern, mit einer Hauptwelle, an welcher mittels einer Spanneinrich­ tung ein auszuwuchtender Rotor aufspannbar ist, einem An­ triebsmotor für den Antrieb der Hauptwelle mit einer Meß­ drehzahl, einem zwischen Hauptwelle und Motor angeordneten Reduktionsgetriebe, und einer Festhalteeinrichtung zum Halten der Hauptwelle beim Betätigen (Festziehen oder Lösen) der Spanneinrichtung.

Bei derartigen herkömmlichen Vorrichtungen, welche ins­ besondere bei Auswuchtmaschinen im Werkstattbetrieb zum Auswuchten von Kraftfahrzeugrädern zum Einsatz kommen, wird beim Betätigen der Spanneinrichtung zum Aufspannen und Zentrieren des auszuwuchtenden Rotors, insbesondere Kraftfahrzeugrades, auf der Hauptwelle und zum Lösen der Spanneinrichtung eine Festhalteeinrichtung für die Hauptwelle eingesetzt, welche das beim Festziehen und Lösen der Spann­ einrichtung auf die Hauptwelle auftretende Drehmoment auf­ nimmt. Hierfür sind Haltebremsen bekannt, beispielsweise in Form von Elektromagnetbremsen (DE-OS 37 30 084) .

Ferner wird zum Abbremsen nach einem Meßlauf bei Verwen­ dung von Drehstrommotoren als Antriebsmotore das Dreh­ feld des Antriebsmotors reversiert. Zum Positionieren des Rotors in die Ausgleichsstellung verwendet man einen pulsie­ renden Gleichstrom, mit welchem die Wicklungen des Dreh­ strommotors beaufschlagt werden.

Vor allem beim Abbremsen kann es hier zu unerwünschten Bremsmomentspitzen kommen, die zu einem Verdrehen des Rotors auf der Hauptwelle führen, da durch die Aufspanneinrich­ tung der Rotor mittels Reibschluß winkelgerecht festgehal­ ten werden soll. Wenn jedoch durch unerwünschte Brems­ momentspitzen es zu einem Verdrehen des Rotors gegenüber der Hauptwelle kommt, ist eine genaue Zuordnung der Unwucht­ winkellage zur Ausgleichslage, in welcher die Rotorunwucht ausgeglichen wird, beispielsweise durch Einschlagen eines Ausgleichsgewichts, nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit verringertem kon­ struktivem Aufwand ein momentspitzenfreies Abbremsen des Rotors nach dem Meßlauf und ein Festhalten der Hauptwelle beim Betätigen der Spanneinrichtung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Reduktionsgetriebe, welches zwischen der Hauptwelle und dem Antriebsmotor angeordnet ist, als selbsthemmendes Reduktions­ getriebe ausgebildet ist, und daß beim Betätigen der Spann­ einrichtung die auf die Hauptwelle ausgeübte Haltekraft des selbsthemmenden Reduktionsgetriebes größer ist als das auf die Hauptwelle einwirkende Drehmoment.

Beim Ausschalten des Antriebsmotors nach dem Meßlauf läßt sich hierdurch nicht nur ein momentspitzenfreies Abbremsen aufgrund der selbsthemmenden Wirkung des Reduktionsgetriebes erreichen, sondern man hat ohne zusätzlichen Aufwand eine Festhalteeinrichtung, die den auf die Hauptwelle beim Fest­ ziehen oder Lösen einwirkenden Drehmomenten entgegenwirkt.

Für das Eindrehen des Rotors in die Ausgleichswinkellage läßt sich eine einfache Positionierungshilfe bzw. Eindreh­ hilfe dadurch erreichen, daß eine Drehmomentüberwachungs­ schaltung zur Erfassung eines in die Hauptwelle eingelei­ teten Drehmoments vorgesehen ist, die bei einem erfaßten Drehmoment, welches beispielsweise von einer Bedienungs­ person durch Drehen des Rotors auf die Hauptwelle zur Ein­ wirkung gebracht wird, den Antriebsmotor zur Überwindung der Selbsthemmung des Getriebes einschaltet. Sobald der Rotor in der Ausgleichswinkellage sich befindet, kann mit Hilfe eines Schalters, beispielsweise eines Fußschalters, die Drehmomentüberwachungsschaltung zur Aufhebung der Selbst­ hemmung unterbrochen werden, und der Rotor ist dann in die gewünschte Ausgleichsposition gebracht und durch die wieder vorhandene Selbsthemmung des Getriebes fixiert.

Die Überwachung der Einleitung eines Drehmoments von außen, insbesondere durch eine Bedienungsperson, kann mit Hilfe zweier Sensoren erfolgen, die zu beiden Seiten der Haupt­ welle angeordnet sind und an einen Differenzbildner ange­ schlossen sind. Diese Sensoren können bevorzugt als Kraft­ meßeinrichtungen ausgebildet sein. Hierfür können in vor­ teilhafter Weise auch die Sensoren verwendet werden, welche beim Meßlauf zur Unwuchtmessung verwendet werden. Beispiels­ weise ist aus der DE-PS 27 32 738 eine Unwuchtmeßvorrich­ tung bekannt, bei der die Meßwertaufnehmer, insbesondere Kraftmeßwandler, so angeordnet sind, daß zwei Meßwertauf­ nehmer in einer ersten Ebene und ein Meßwertaufnehmer in einer zweiten Meßebene angeordnet sind. Falls die Erfindung bei einer derartigen Unwuchtmeßvorrichtung zum Einsatz kommt, können hier in vorteilhafter Weise die beiden Meß­ wertaufnehmer in der ersten Ebene zur Erfassung des in die Hauptwelle eingeleiteten Drehmoments verwendet werden. Das Ausgangssignal des Differenzbildners, an welches die beiden Sensoren hierzu anschließbar sind, steuert eine Schaltein­ richtung an, über welche der Antriebsmotor an seine Ver­ sorgungsquelle zur Aufhebung der Selbsthemmung angeschlos­ sen wird. Dabei wird der Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Richtung des auf die Hauptwelle wirkenden Drehmoments angetrieben.

Das selbsthemmende Reduktionsgetriebe besitzt ein hohes Reduktionsverhältnis zwischen Motor und Hauptwelle, durch welches die selbsthemmende Wirkung bei der Kraftflußumkehr herbeigeführt wird. Dieses Reduktionsverhältnis kann bis zu 1/50 bemessen sein. Hierdurch wird auch der Einsatz eines Servomotors mit relativ niedriger Leistung, beispielsweise von 100 bis 200 Watt, ermöglicht.

Um einen Überlastschutz zwischen Getriebe und Hauptwelle zu haben, ist zwischen Getriebe und Hauptwelle oder Motorwelle und Getriebe eine Kupplung, insbesondere Rutschkupplung, vorgesehen, die das maximal übertragbare Drehmoment fest­ legt, so daß das Getriebe vor Überlastung geschützt ist.

Wie sich gezeigt hat, kann der Unwuchtmeßlauf auch mit relativ niedriger Drehzahl der Hauptwelle, beispielsweise 200 Umdrehungen pro Minute, durchgeführt werden. Als Energie­ versorgung genügt für den Antriebsmotor ein 110/220 Volt Einphasennetz.

Als Antriebsmotore kommen kollektorlose Gleichstrommotore oder Asynchronmotore in Frage. Ansteuerelektroniken für kollektorlose Gleichstrommotore oder Frequenzumrichter für Asynchronmotore sind mit entsprechenden Steuerbauteilen in Form von Mikroprozessoren auf dem Markt erhältlich.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch das selbsthemmend ausgebildete Reduktionsgetriebe zwischen dem Antriebsmotor und der Hauptwelle dieses Getriebe nicht nur zur Übertragung der Antriebsdrehmomente des Motors auf die Hauptwelle dient, sondern auch Funktionen beim Abbremsen, Festhalten und Positionieren der Hauptwelle hat. Hierdurch läßt sich gegenüber herkömmlichen Maschinen eine erhebliche Reduzierung des konstruktiven Aufwands erreichen. Ferner ist ein verringerter Energiebedarf zur Speisung des Antriebsmotors vorhanden.

Anhand der beigefügten Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Auswuchtmaschine, in welcher ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung zum Einsatz kommt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in der Fig. 1 gezeigte Auswuchtmaschine zur Erläuterung der Anord­ nung von Meßwertaufnehmern;

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Reduktions­ getriebes, welches bei der Erfindung zum Einsatz kommen kann, sowie ein Blockschalt­ bild einer Drehmomentüberwachungsschaltung; und

Fig. 4 und 5 eine weitere Ausführungsform des Reduktions­ getriebes.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Auswucht­ maschine für Kraftfahrzeugräder ist die Unwuchtmeßvorrich­ tung in einem Maschinengehäuse 1 untergebracht. Die Unwucht­ meßvorrichtung besitzt eine Aufspannwelle, auf welcher mit Hilfe einer Aufspanneinrichtung 3 ein auszuwuchtender Rotor 1 zentriert aufgespannt werden kann. Derartige Aufspann­ einrichtungen sind bekannt (z. B. Firmenmitteilung "Hofmann- Mittenzentriervorrichtungen MZV, MZV-S", Impressum 940270204.86D). Mit Hilfe derartiger bekannter Spannein­ richtungen, welche auch als Zentriereinrichtungen wirken, wird der Rotor 1 bzw. das Kraftfahrzeugrad an der Haupt­ welle 2 befestigt. Während des Meßlaufs wird die Hauptwelle 2 von einem Antriebsmotor 4, welcher bevorzugt als kollek­ torloser Gleichstrommotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein kann, über ein Getriebe 5 angetrieben. Dieses Getriebe ist als selbsthemmendes Reduktionsgetriebe ausgebildet, und ein Ausführungsbeispiel eines derartigen selbsthemmenden Reduktionsgetriebes ist in der Fig. 3, welche noch erläu­ tert wird, dargestellt.

Die während des Meßlaufs auftretenden Unwuchtkräfte werden mit Hilfe von Meßwertaufnehmern 6, 7, 8, welche bevorzugt als Kraftmeßwandler ausgebildet sind, gemessen. Wie ins­ besondere aus der Fig. 2 zu ersehen ist, sind zwei Meßwert­ aufnehmer 6 und 7 in einer Meßebene zu beiden Seiten der Hauptwelle 2 angeordnet. Der dritte Meßwertaufnehmer 8 ist in einer zweiten Meßebene in der Mitte hinter der Haupt­ welle 2 angeordnet. Eine derartige Anordnung der Meßwert­ aufnehmer ist aus der DE-PS 27 32 738 bekannt.

Die Hauptwelle 2 ist ferner in einem Lagerkörper 15 gelagert, der über Abstützelemente, welche beim Ausführungsbeispiel als Blattfedern 16 und 17 ausgebildet sind, am Maschinen­ gehäuse 14 abgestützt. Beim dargestellten Ausführungs­ beispiel ist der Lagerkörper 15 ferner über die als Kraft­ meßwandler ausgebildeten Meßwertaufnehmer 6, 7 und 8 am Maschinengehäuse 14 abgestützt.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel für das selbsthemmende Reduktionsgetriebe 5 ist ein Räder­ getriebe mit gekreuzten Achsen der Getriebezahnräder vor­ gesehen. Eine Schnecke 18 ist an einer Motorwelle 19 des Antriebsmotors 4 befestigt. Die Schnecke 18 greift in ein Schneckenrad 20, das an der Hauptwelle 2 befestigt ist. Wie schon erläutert, kann zwischen das Schneckenrad 20 und die Hauptwelle 2 eine Überlastschutzeinrichtung 11 in Form einer Kupplung, insbesondere Rutschkupplung, geschaltet sein, um eine Drehmomentüberlastung des Getriebes zu ver­ meiden. Anstelle des beschriebenen Schneckenradsatzes kann auch ein Schraubenradpaar für das Getriebe 5 verwendet werden.

Um beispielsweise für die manuelle Positionierung des aus­ zuwuchtenden Rades in der Ausgleichswinkellage die Selbst­ hemmung des selbsthemmenden Reduktionsgetriebes zu überwin­ den, können die beiden Meßwertaufnehmer 6 und 7, welche zu beiden Seiten der Hauptwelle 2 in einer Meßebene angeordnet sind, als Sensoren einer Drehmomentüberwachungsschaltung 10 dienen. Wenn beispielsweise von der Bedienungsperson am stillgesetzten Rad gedreht wird, wird ein Drehmoment in die Hauptwelle eingeleitet, das über die beiden als Sensoren wirkenden Meßwertaufnehmer 6 und 7 wahrgenommen wird. Ent­ sprechende Ausgangssignale der Meßwertaufnehmer 6, 7 werden einem Differenzbildner, der sich aus einem Inverter 12 und einem Summierer 13 zusammensetzt, zugeleitet. Hierzu wird das Ausgangssignal des Meßwertaufnehmers 6 dem Summierer 13 direkt zugeleitet, und das Ausgangssignal des Meßwert­ aufnehmers 7 wird über den Inverter 12 dem Summierer 13 zu­ geleitet. Das entsprechende Ausgangssignal der Summier­ schaltung 13 steuert eine Schalteinrichtung 21 an, welche den Motor 4 mit einer Stromversorgungsquelle 22 verbindet. Es handelt sich hier um die gleiche Versorgungsquelle, wie sie für den Antriebsmotor 4 beim Meßlauf verwendet wird. Über die dem Motor zugeordnete Ansteuerungselektronik 23 wird der Antriebsmotor gespeist, und das Antriebsmoment des Motors überwindet die Selbsthemmung des Reduktions­ getriebes 5. Da das Ausgangssignal des Summierers vor­ zeichenrichtig auch der Ansteuerungselektronik 23 zugeführt wird, erfolgt der Antrieb in Abhängigkeit von der Richtung des in die Hauptwelle 2 eingeleiteten Drehmoments in die gewünschte Drehrichtung.

Über einen Schalter 9, welcher als Fußschalter ausgebildet sein kann, kann der Regelkreis zur Aufhebung der Selbst­ hemmung wieder unterbrochen werden. Dies kann durch Öffnen des Schaltkontakts (gezeigte Stellung a) des Schalters 9 geschehen. In Stellung b ist der Schalter 9 zur Überwindung der Selbsthemmung geschlossen. Das Rad läßt sich auf diese Weise manuell in die gewünschte Ausgleichswinkelposition bringen und bei wieder vorhandener Selbsthemmung in dieser Position für die Durchführung des Ausgleichsvorgangs fixieren.

Während des Unwuchtmeßlaufs dienen die Meßwertaufnehmer 6, 7 und 8 zur Erfassung der durch die Unwuchten des Rotors 1 in den beiden Meßebenen verursachten Kräfte. Die ent­ sprechenden Signale werden einer Auswerteelektronik für die Unwuchtmessung 24 zugeleitet. Hierzu werden die Meß­ wandlersignale der beiden Meßwertaufnehmer 6 und 7 in der einen Ebene über eine Summierschaltung 25 der Auswerte­ elektronik 24 zugeleitet und die Meßumformersignale des Meßwertaufnehmers 8 in der anderen Meßebene direkt der Auswerteelektronik 24 zugeleitet.

Entsprechende Auswerteelektroniken sind bekannt und bei­ spielsweise in Hofmann-Info 2 "Meßverfahren in der Auswucht­ technik" (Impressum 05.88) beschrieben.

Zur Ingangsetzung des Meßlaufs kann die Schalteinrichtung 21 auch durch eine Betätigungstaste 26, die an geeigneter Stelle an der Auswuchtmaschine vorgesehen ist, in die Ein-Stellung gebracht werden, so daß der Antriebsmotor 4 von der Stromversorgungsquelle 22 gespeist wird.

In den Fig. 4 und 5 ist das selbsthemmende Reduktions­ getriebe 5 als Planetengetriebe ausgebildet. Dieses Planeten­ getriebe besitzt ein Hohlrad 27, welches über die als Rutschkupplung ausgebildete Überlastschutzeinrichtung 11 mit der Hauptwelle 2 verbunden ist. Mit den Innenzähnen 29 des Hohlrades 27 kämmt ein mit der Motorwelle 19 des Antriebsmotors 4 verbundenes Planetenrad 28. Aufgrund des entsprechend reduzierten Übersetzungsverhältnisses bei die­ sem Reduktionsgetriebe 5 wird bei Kraftumkehr, d.h. beim Kraftfluß von der Hauptwelle 2 zum Antriebsmotor 4, die selbsthemmende Wirkung erreicht, und zwar insbesondere für den Fall, wenn die Spanneinrichtung 3 zum Festziehen oder Lösen betätigt wird. Durch die Erfindung wird mithin ein selbsthemmendes Reduktionsgetriebe 5 geschaffen, durch welches bei Kraftflußumkehr (Kraftflußrichtung von der Hauptwelle 2 zum Antriebsmotor 4) eine Selbsthemmung er­ reicht wird, die die erforderliche Festhaltekraft für die Hauptwelle liefert, wenn beim Festziehen oder Lösen der Spanneinrichtung der Rotor an der Hauptwelle befestigt oder wieder gelöst wird. Das dabei in die Hauptwelle 2 eingelei­ tete Drehmoment wird durch diese Festhaltekraft aufgenom­ men. Hierbei wird die Eigenschaft des Getriebes ausgenützt, daß die Selbsthemmung an der Abgangsseite des Reduktions­ getriebes sichergestellt ist.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Messen von Unwuchten an Rotoren, ins­ besondere Kraftfahrzeugrädern, mit einer Hauptwelle, an welcher mittels einer Spanneinrichtung ein auszuwuchtender Rotor aufspannbar ist, einem Antriebsmotor für den Antrieb der Hauptwelle mit einer Meßdrehzahl, einem zwischen Haupt­ welle und Motor angeordneten Getriebe, und einer Festhalte­ einrichtung zum Halten der Hauptwelle beim Betätigen (Fest­ ziehen oder Lösen) der Spanneinrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe (5) als selbsthemmendes Reduk­ tionsgetriebe ausgebildet ist und daß die auf die Haupt­ welle (2) ausgeübte Haltekraft des selbsthemmenden Reduk­ tionsgetriebes (5) größer ist als das beim Betätigen der Spanneinrichtung (3) auf die Hauptwelle (2) einwirkende Drehmoment.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmomentüberwachungsschaltung (10) zur Erfassung eines in die Hauptwelle (2) eingeleiteten Drehmomentes vor­ gesehen ist, die bei einem erfaßten Drehmoment den Antriebs­ motor zur Überwindung der Selbsthemmung des Reduktions­ getriebes (5) einschaltet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Schalter (9) vorgesehen ist, mit dem die Drehmomentüberwachungsschaltung (10) ein- und ausschalt­ bar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentüberwachungsschaltung (10) zwei Sensoren (6, 7) aufweist, die zu beiden Seiten der Hauptwelle (2) angeordnet sind und an einen Differenz­ bildner (12, 13), der eine Schalteinrichtung (21) zum Speisen des Antriebsmotors (4) ansteuert, anschließbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensoren (6, 7) als Unwucht­ meßaufnehmer ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensoren (6, 7) als in einer Meßebene ange­ ordnete Unwuchtmeßaufnehmer einer Meßeinrichtung zum Messen einer dynamischen Rotorunwucht ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgetriebe (5) ein Unterset­ zungsverhältnis (Drehzahl der Hauptwelle/Drehzahl des An­ triebsmotors) von 1/50 und größer aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Getriebe (5) und Hauptwelle (2) eine Überlastschutzeinrichtung (11) zur Begrenzung des übertragenen Drehmoments eingebaut ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastschutzeinrichtung (11) als Kupplung ausge­ bildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (4) als Servomotor mit einer Leistung von 100-200 Watt ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgetriebe (5) ein Räder­ getriebe mit gekreuzten Achsen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgetriebe (5) ein Planeten­ getriebe ist.