DE4037745A1 - Auswuchtmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswuchtmaschine zum Messen einer Restun­ wucht von drehbaren Körpern, etwa Rotationswerkzeugen.

Fig. 4 und 5 der Zeichnung, auf die bereits hier Bezug genommen werden soll, zeigen zwei vergleichbare herkömmliche Auswuchtmaschinen.

In Fig. 4 ist ein zu prüfender Gegenstand 1 gezeigt, der lösbar an einer dreh­ baren Welle 2 befestigt ist. Die drehbare Welle 2 wird durch schwingende La­ ger 2a und Stützfedern 3 abgestützt.

Ein Kugelgelenk ist mit 4, eine Antriebswelle mit 5 und ein Motor mit 6 be­ zeichnet. Die Antriebsleistung des Motors 6 wird auf den Körper 1 über eine Riemenscheibe 7, einen Riemen 9, eine Riemenscheibe 8, die Antriebswelle 5 und das Kugelgelenk 4 übertragen. Ein Aufnehmer ist mit 10, eine Un­ wucht-Meßschaltung mit 11 und eine Unwucht-Anzeige mit 12 bezeichnet. Weiter vorgesehen sind ein Phasensensor 13, ein Unwucht-Winkeldetektor 14 und ein Zeiger 15 für die Winkelposition der Unwucht.

Die in Fig. 5 gezeigte Maschine unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 4 dadurch, daß die Antriebswelle 17 des Antriebs 16 mit der drehbaren Welle 2 über eine flexible Verbindung 8 verbunden ist.

Bei beiden bekannten Maschinen wird die drehbare Welle 2, die den zu mes­ senden Körper 1 trägt, durch die Antriebswelle 5 (17) über das Gelenk oder die Verbindung 4 (18) gedreht, so daß die Antriebswelle 5 (17) und das Ge­ lenk 4 (18) eine geringe Steifigkeit aufweisen, und die drehbare Welle 2, das Gelenk 4 (18) und die Antriebswelle 5 (17) sind nicht genau miteinander ausgerichtet. Außerdem haben die beiden Wellen ein gewisses Spiel zueinan­ der in Drehrichtung. Es ist daher nicht möglich, mit den herkömmlichen Maschinen einen Gegenstand 1 bei hohen Drehzahlen oberhalb von 5000 l/Min. zu untersuchen.

Obgleich die drehbare Welle 2, die den Körper 1 trägt, drehbar durch die La­ ger 2a abgestützt ist, hat es sich als nicht möglich erwiesen, die Welle mit hoher Drehzahl zu drehen, sofern nicht höchst präzise Kugellager verwendet werden, da Schwingungen aufgrund von Änderungen des Durchmessers der Stahlkugeln und der Kugelform dieser Kugeln auftreten. Die Herstellung von genau arbeitenden Auswuchtmaschinen für hohe Drehzahlen ist daher nur be­ grenzt möglich gewesen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine genau arbeitende Aus­ wuchtmaschine zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und Messungen bei ho­ her Drehzahl mit guter Stabilität ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Teildarstellung einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 und 5 sind schematische Darstellungen von bekannten Vor­ richtungen.

Die erfindungsgemäße Auswuchtmaschine umfaßt ein Gehäuse 23, das auf ei­ nem Maschinengestell 21 montiert ist. Ein Stator 24 eines Hochfrequenzmo­ tors befindet sich in dem Gehäuse 23, und eine drehbare Welle 27 ist in La­ gern 25, 26 innerhalb des Gehäuses an gegenüberliegenden Enden des Ge­ häuses koaxial zu dem Stator 24 abgestützt. Ein Läufer 28 des Motors ist an der drehbaren Welle 27 auf deren äußerem Umfang gegenüber dem Stator 24 befestigt. Die drehbare Welle 27 weist ein Ende auf, an dem der zu untersu­ chende Körper 29 befestigt werden kann.

Die Welle 27 ist vorzugsweise hohl und weist im Inneren Befestigungseinrich­ tungen 33 zum Befestigen des untersuchten Körpers auf. Das Gehäuse 23 weist vorzugsweise auf der Außenseite Einrichtungen 44 zum Freigeben des Körpers auf.

Der Körper 29 kann an der drehbaren Welle 7 mit Hilfe eines Futters 31 be­ festigt werden.

Die Lager 25, 26 können Schulterkugellager oder Fluidlager sein.

Der zu prüfende Körper 29 wird an der drehbaren Welle 27 des Hochfre­ quenzmotors befestigt. Dadurch werden die Schwierigkeiten ausgeschaltet, die sich aufgrund fehlender Steifigkeit und Ausrichtung sowie durch Vibratio­ nen ergeben, die beispielsweise auf einem Spiel des Gelenks beruhen, so daß die drehbare Welle mit hoher, gesteuerter Drehzahl bei guter Stabilität und Genauigkeit gedreht werden kann. Zugleich erhöht sich die Belastbarkeit mit zunehmender Drehzahl bei verringerten Lagerverlusten und verringerten Luftwiderstandsverlusten, während eine Inverter-Steuerung ein glattes Hoch­ laufen unter schwerer Belastung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Auswuchtmaschine ist sehr einfach aufgebaut, so daß der zu testende Körper direkt mit der drehbaren Welle 27 gekoppelt werden kann, die den Läufer 28 eines Hochfrequenzmotors in einem Bereich trägt. Durch die Ankoppelung werden daher keine Schwingungen oder Dreh- oder Biegebelastungen erzeugt. Der Körper kann daher mit hoher Drehzahl von 5000 bis 30 000 l/Min. bei hoher Genauigkeit gedreht werden, während dies bisher nicht möglich war. Die Maschine ist daher verwendbar für Werk­ zeugmaschinen, die in den letzten Jahren für hohe Drehzahlen von über 10 000 l/Min. ausgelegt worden sind und deren drehbare Teile auf eine Un­ wucht hin zu prüfen sind.

Der Hochfrequenzmotor macht es möglich, kontinuierlich die Drehzahl von niedrigen bis hohen Drehzahlen zu steuern. Dadurch ergibt sich eine stabile Drehzahlregelung im Bereich hoher Drehzahlen. Die Belastbarkeit erhöht sich mit steigender Drehzahl. Lagerverluste und Luftwiderstandsverluste sind ge­ ring. Eine Inverter-Steuerung ermöglicht ein glattes Hochlaufen unter schwe­ rer Last.

Wenn Fluidlager als Lager 25, 26 zur Abstützung der drehbaren Welle 27 ver­ wendet werden, ist eine Drehung bei hoher Drehzahl möglich, die bei Ver­ wendung üblicher Kugellager nicht in Betracht kommt.

Im einzelnen ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 das Maschinengestell 21 mit einer Aufnahmebohrung 22 mit senkrechter Achse versehen, in die das Gehäuse 23 eingeschoben ist.

Das Gehäuse ist im wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Der ringförmige Stator 24 des Hochfrequenzmotors befindet sich im Mittelbereich der inne­ ren Umfangsfläche des Gehäuses und konzentrisch zu diesem. Die beiden La­ ger 25, 26 liegen oberhalb und unterhalb des Stators 24 in dem Gehäuse 23.

Die Welle 27 trägt den Läufer 28 des Hochfrequenzmotors im wesentlichen in ihrem Mittelbereich. Der Läufer 28 liegt gegenüer und koaxial zu dem Stator 24. Die Welle 27 erstreckt sich durch das Gehäuse 23 und wird an ih­ ren Enden durch die Lager 25, 26 abgestützt. Sie ist an ihrem oberen Ende erweitert und bildet hier eine kegelförmige Muffe 30. Der zu prüfende Kör­ per 29 ist an der Muffe 30 mit Hilfe des Futters 31 festgelegt. Unterhalb der Muffe 30 ist die Welle 27 mit einem Spannbacken-Öffnungsbereich 32 verse­ hen, der im Durchmesser etwas größer als die Bohrung, aber kleiner als die Muffe 30 ist. Die Bohrung der Welle 27 erstreckt sich nach unten von dem Öffnungsbereich 32 und bildet hier einen Abschnitt 34, der zur Aufnahme der Befestigungseinrichtung 33 zum Ziehen und Fixieren des Körpers 29 dient. Ein Federhalter 35 dient als Führung für eine Zugstange 37 und ist als Abschnitt verringerten Durchmessers auf der Innenfläche des Mittelbereichs des Abschnitts 34 der Welle ausgebildet. Eine Spanneinrichtung 36 liegt in dem Federhalter 35 und ist in diesem aufwärts und abwärts verschiebbar.

Die Befestigungseinrichtung 33 zum Spannen und Fixieren des Körpers 29 umfaßt die Spanneinrichtung 36, die Eingriffskugeln 36a am oberen Ende aufweist, die Zugstange 37, die mit dem unteren Ende der Spanneinrichtung verbunden ist, und eine Schraubendruckfeder 39, die sich zwischen einem Federhalter 38, der im Mittelbereich der Zugstange 37 befestigt ist, und dem Federhalter 35 befindet. Die Druckfeder 39 drückt die Spanneinrichtung 36 stets nach unten.

Das untere Ende der hohlen, drehbaren Welle 27 erstreckt sich vom unteren Ende des Gehäuses 23 aus nach unten. Das untere Ende 37a der Zugstange 37 tritt aus dem unteren Ende der drehbaren Welle 27 aus.

Das Futter 31 besitzt auf seinem oberen Ende Gewindebohrungen 40 zum Be­ festigen des Körpers 29. Das untere Ende des Futters 31 weist die Form ei­ nes geringfügig konischen Zapfens 31a auf. Ein Zugzapfen 41 ist in das untere Ende des Zapfens 31a geschraubt. Der Zugzapfen 41 wird durch die Eingriffs­ kugeln 46a der Spanneinrichtung 36 gehalten und nach unten gezogen.

Mit 42 ist eine Scheibe zur Winkelanzeige bezeichnet, die das obere Ende der hohlen Welle 27 umgibt. Ein berührungsfrei arbeitender Schwingungs­ sensor 43 befindet sich auf dem äußeren Umfang des oberen Endes des Ge­ häuses 23.

Die Einrichtung 44 zum Freigeben des zu testenden Körpers 29 umfaßt ein mit einem Boden versehenes zylindrisches Gehäuse 45, das am unteren Ende des Gehäuses 23 angebracht ist, einen Hydraulikzylinder 46, der in dem Ge­ häuse 45 liegt, einen Kolben 47 und eine Kolbenstange 48. Ein Fluid, bei­ spielsweise Luft, wird dem Zylinder 46 durch eine Öffnung 46a am unteren Ende zugeführt, so daß das obere Ende der Kolbenstange 48 nach oben ver­ schoben wird und das untere Ende 37a der Zugstange 37 nach oben schiebt. Dadurch öffnet sich die Spanneinrichtung 36, so daß der Körper 29 freigege­ ben wird.

Ein Rotationssensor 49 ist am oberen Ende des zylindrischen Gehäuses 45 angebracht. Signale des Sensors 49 und des Schwingungssensors 43 gelangen an ein Steuersystem, das die Ergebnisse der Schwingungsanalyse auf einem Bildschirm anzeigt. Der Hochfrequenzmotor mit dem Stator 24 und dem Läu­ fer 28 wird in bezug auf seine Drehung kontinuierlich von niedrigen bis zu hohen Drehzahlen durch eine nicht gezeigte, inverter-gesteuerte Stromzu­ fuhreinrichtung gesteuert.

Wenn der Körper 29, beispielsweise ein drehbarer Werkzeughalter, im Hin­ blick auf eine Unwucht mit Hilfe des ersten Ausführungsbeispiels der Erfin­ dung untersucht werden soll, wird er in eine Bohrung 31b des Futters 31 eingeschoben, nachdem er von der entsprechenden Maschine entfernt wor­ den ist. Anschließend wird Luft in den Fluidzylinder 46 durch die Öffnung 46a am unteren Ende eingelassen, und das untere Ende 37a der Zugstange 37 wird durch die Kolbenstange 48 nach oben geschoben. Dadurch werden die Eingriffskugeln 36a der Spanneinrichtung 36 in dem erweiterten Öff­ nungsbereich 32 in Stellung gebracht. Anschließend wird das Futter 31 mit dem an diesem angebrachten Körper 29 in die Muffe 30 eingeschoben, so daß der Zugzapfen 41 zwischen die Kugeln der Spanneinrichtung 36 gelangt. Die Luft wird sodann aus dem Fluidzylinder 46 abgelassen, so daß der Kolben 47 und die Kolbenstange 48 durch eine nicht bezeichnete Druckfeder nach unten gedrückt werden und die Zugstange 37 freigeben. Diese wird ihrerseits durch die Schraubendruckfeder 39 nach unten gedrückt, so daß der Zugzap­ fen 41 durch die Spanneinrichtung 36 nach unten gezogen und fest in der hohlen drehbaren Welle 27 blockiert wird.

Wenn der Körper 29 auf diese Weise am oberen Ende der Welle 27 befestigt ist, wird der Rotor 28 durch eine nicht gezeigte, inverter-gesteuerte Strom­ zufuhreinrichtung in Drehung versetzt, und die Drehung wird kontinuierlich gesteuert von niedriger bis zu hoher Drehzahl von etwa 30 000 l/Min., so daß der Körper in bezug auf seine Auswuchtung getestet wird.

Fig. 2 zeigt den Hauptbereich einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die La­ ger 25, 26 der hohlen drehbaren Welle 27 Fluidlager, beispielsweise Luftlager, sind. Im folgenden soll nur auf diesen Unterschied eingegangen werden.

Das obere Lager 25 umfaßt eine Schubplatte 50 in der Form eines Flansches, der vom äußeren Umfang des oberen Bereichs der Welle 27 vorspringt, und ringförmige poröse Platten 51 und 52, die im oberen Bereich des Gehäuses 23 liegen. Die Schubplatte 50 liegt zwischen den beiden porösen Platten 51 und 52, so daß dünne Lichtfilme 53 und 54 in Axial- und Radialrichtung ge­ bildet werden. Ein Luftzufuhrkanal 55 erstreckt sich senkrecht durch das Ge­ häuse 23 in dessen Axialrichtung und ist an der oberen Seite der oberen po­ rösen Platte 51 und der unteren Seite der unteren porösen Platte 52 offen.

Das untere Lager 26 umfaßt eine poröse Hülse 56, die im unteren Bereich des Gehäuses 23 liegt. Ein dünner Luftfilm 27 bildet sich zwischen der inne­ ren Umfangsfläche der Hülse 56 und dem unteren Bereich der Welle 27. Der Luftzufuhrkanal 55 des Gehäuses 23 weist eine Öffnung gegenüber dem äuße­ ren Umfang der Hülse 56 auf.

Wenn Druckluft durch eine Zufuhröffnung 58 am unteren Ende des Gehäuses 23 durch den Luftzufuhrkanal 55 in die Lager 25, 26 geleitet wird, entstehen die dünnen Luftfilme 53, 54, 57 zwischen der drehbaren Welle 27 und den La­ gern 25, 26, so daß die Welle 27 schwimmt und berührungsfrei gedreht wird.

Die zweite Ausführungsform arbeitet in gleicher Weise wie die erste Ausfüh­ rungsform und hat die selben Vorteile. Wenn die Teile genau bearbeitet und montiert werden, arbeitet die zweite Ausführungsform bei hohen Drehzahlen mit größerer Genauigkeit und Stabilität als die erste.

Fig. 3 zeigt den Hauptbereich einer dritten Ausführungsform, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die Muffe 30 der hohlen Welle 27 für den Körper 29 als Bohrung ausgebildet ist, die den selben Kegel­ winkel aufweist wie der kegelförmige Schaft 29a des Körpers 29, etwa eines Drehwerkzeughalters, so daß der Körper 29 direkt an der Welle 27 befestigt werden kann. Der Zugzapfen 41 wird in den Körper 29 eingeschraubt.

Die dritte Ausführungsform arbeitet ebenso wie die beiden ersten Ausfüh­ rungsformen und hat ebenfalls deren Vorteile.

Die beschriebenen Ausführungsformen können einen nicht gezeigten Sensor aufweisen, der ermittelt, ob der Körper 29 fest verriegelt ist. Eine Steuer­ schaltung kann eine Drehung der Welle 27 verhindern, solange nicht die Ver­ riegelung des Körpers abgetastet wird. Dadurch erhöht sich die Sicherheit.

Claims (6)

1. Auswuchtmaschine, gekennzeichnet durch ein Maschinen-Gehäuse (23), das an einem Maschinengestell (21) montiert ist, einen Stator (24) eines Hochfrequenzmotors innerhalb des Gehäuses (23), eine drehbare Welle (27), die durch Lager (25, 26) innerhalb des Gehäuses (23) an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses abgestützt wird, und einen Läufer (28), der in der dreh­ baren Welle (27) auf dem äußeren Umfang gegenüber dem Stator (24) befe­ stigt ist, welche Welle (27) an einem Ende Einrichtungen zur Befestigung des zu prüfenden Körpers (29) aufweist.

2. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (27) hohl ist und in dem Hohlraum Einrichtungen (33) zur Befestigung des zu prüfenden Körpers enthält.

3. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Welle (27) ein Futter (31) zur Aufnahme des Körpers (29) auf­ weist.

4. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lager (25, 26) Schulterkugellager sind.

5. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lager (15, 16) Fluidlager sind.

6. Auswuchtmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (23) eine Einrichtung (44) zum Lösen es zu prü­ fenden Gegenstandes auf der der Befestigungsseite gegenüberliegenden Seite aufweist.