DE4337001A1

DE4337001A1 - Vorrichtung zum Auswuchten von fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren

Info

Publication number: DE4337001A1
Application number: DE19934337001
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Ebert
Original assignee: Individual
Current assignee: Hofmann Mess- und Auswuchttechnik & Co Kg 6 GmbH
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: DE4337001C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten von fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren, insbesondere Schleifscheiben, mit zwei über ihren Umfang eine ungleichmäßige Massenverteilung aufweisenden Wuchtringen, die mit dem Rotor umlaufend axial nebeneinander gelagert und mittels Stellein richtungen berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind.

Das Auswuchtsystem beruht auf dem Prinzip des Massen ausgleichs von Rotor-Unwuchten.

Derartige Unwuchten, die insbesondere bei hohen Drehzahlen einen negativen Einfluß haben treten z. B. bei Schleifscheiben durch Verschleiß und Abrichten, bei Spinnspindeln durch ungleichmäßiges Aufwickeln des Garnes, bei Zentri fugen durch ungleichmäßige Verteilung der eingefüllten Stoffe oder bei Fahrzeugreifen wiederum durch Abrieb auf. Zur Vermeidung von störenden Vibrationen und zusätzlicher Lagerbelastung ist es damit erforderlich, derartige, insbesondere mit hohen Drehzahlen um laufende Maschinenteile von Zeit zu Zeit aus zu wuchten.

Die bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zum Aus gleichen von Unwuchten basieren im wesentlichen auf folgenden Prinzipien:

1. Anhalten der Maschine und Anbringen von Ausgleichs gewichten oder Verschieben eingebauter Gewichte von Hand.
2. Motorische Verstellung eingebauter Ausgleichsge wichte durch Stromzuführung über Schreifring kontakte (siehe DE-A- 30 42 543) oder durch Induktionsspulen bzw. Funkimpulse, die an im Bereich der rotierenden Maschinenteile ange ordnete Stellmotoren übertragen werden.
3. Einspritzen von Wasser in verschiedene Kammern am Umfang des Maschinenteils mittels Düsen, die radial unterschiedlich angeordneten Kammer öffnungen gegenüberliegen.
4. In einem Ringbehälter wird ein magnetisches Fluid durch rotierende Magnetfelder einseitig angezogen und zum Massenausgleich benutzt.

Die Nachteile der bisherigen Verfahren sind folgende:

Zu 1. Das Anhalten der Maschine ist sehr zeitaufwendig, insbesondere wenn mehrere Meßläufe erforderlich sind, und in vielen Anwendungsfällen auch nicht möglich.

Zu 2. Die rotierenden Elektromotoren sind störanfällig; wegen der Platzverhältnisse können oft nur geringe Ausgleichsgewichte realisiert werden, was ein Vor Auswuchten außerhalb der Maschine erforderlich macht; die Schleifringkontakte sind ver schleißanfällig.

Zu 3. Durch das geringe spezifische Gewicht von Wasser ist nur ein begrenzter Massenausgleich möglich, was ein vor Auswuchten des Maschinenteils außer halb der Maschine erforderlich macht. Außerdem ver schmutzen die Kammern mit der Zeit durch Ablager ungen, wodurch die Auswuchtkapazität immer mehr abnimmt.

Zu 4. Die rotierenden Magnetfelder müssen immer mit genau derselben Frequenz wie das Maschinenteil umlaufen und immer eine genau definierte Stärke besitzen, weshalb sie ununterbrochen aktiv sein müssen und dauernd Energie verbrauchen. Die kleinste Unterbrechung führt sofort wieder zu Unwuchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aus wuchtvorrichtung mit einer sehr geringen Anzahl von Bauteilen zu schaffen, wobei insbesondere kein einen größeren Verschleiß ausgesetztes Bauteil vorhanden sein soll. Die Kraftübertragung soll dabei berührungslos erfolgen können, wobei die Abmessungen der Vorrichtungen klein sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Aus wuchtvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Wuchtringe schwimmend gelagert sind und aus einem solchen Material bestehen, daß sie die Anker von Elektromotoren bilden, die durch zugeordnete, stationär angebrachte, als Feldwicklungen wirksame Magnetspulen so lange verstellbar sind, bis der notwendige Massen ausgleich erfolgt ist.

Erfindungsgemäß sind somit im wesentlichen zwei in einem geeigneten Gehäuse auf dem auszuwuchtenden Maschinenteil frei beweglich nebeneinander ange ordnete Ringe mit positiver oder negativer Unwucht (z. B. durch Ausfräsungen) vorgesehen, die mit diesem Maschinenteil rotieren. Da die Wuchtringe durch Reibung mitgenommen werden, können sie durch vorzugs weise radial außerhalb dieser Ringe angeordnete fest stehende Magnetspulen wie die Rotoren (Anker) von Elektromotoren bewegt werden, bis der gewünschte Massenausgleich erfolgt ist.

Die Verstellung der Wuchtringe über die Magnet spulen kann nach verschiedenen elektrischen Prin zipien erfolgen, z. B. in Form einer Wirbelstrom bremse, eines Schrittmotors oder eines Kurzschluß läufermotors, wobei die radial außen liegenden Magnetspulen als Feldwicklungen wirken. Da die Kraft übertragung berührungslos erfolgt, ist kein Ver schleißteil vorhanden. Die Massenausgleichsglieder in Form der Wuchtringe sind dabei gleichzeitig die mittels der Erregerwicklungen aktivierten Übertragungs glieder, wodurch insgesamt nur äußerst wenig Bauteile erforderlich sind. Die Größe des Massenausgleichs ist beliebig, weil die Ausgleichs- bzw. Wuchtringe in beliebiger Größe herstellbar sind.

Die Baumaße sind sehr gering, weil außer den Wuchtringen, den Magnetspulen und einem geeigneten Gehäuse mit Labyrinth-Abdichtung keine weiteren Bauteile erforder lich sind.

Wegen der ringförmigen Bauweise ist kein freies Wellen ende notwendig, eine scheibenförmige Ausführung ist jedoch möglich. Bei einseitig gelagerten Schleifscheiben ist es allerdings ratsam, die Vorrichtung zwischen Schleifscheibe und Spindellagerung zu montieren. Dadurch dann die gesamte Auswuchteinrichtung ständig an ihrer Position verbleiben und braucht im Gegensatz zu einer scheibenförmigen Ausführung beim Schleifscheibenwechsel nicht demontiert zu werden. Dasselbe gilt für Zentrifugen und Spinnspindeln, bei denen die Auswuchtvorrichtung mit der Lagerung eine Einheit bilden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer auf einer angetriebenen Spindel angeordneten Schleifscheibe mit zugeordneter Auswuchtvorrichtung;

Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Stirnansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung;

Fig. 3 zeigt im Schnitt in vergrößerter Darstellung die Einzelheit "X" aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist eine Schleifscheibe 13 mittels Be festigungsflanschen 11 und 8 auf einer Schleifspindel 12 befestigt. Der Flansch 8 ist mit einem seitlichen, rotationssymmetrischen Ansatz 8′ versehen, auf dem axial nebeneinander angeordnet zwei Wuchtringe 1, 2 als Aus gleichsmassen schwimmend gelagert sind. Die beiden Wuchtringe 1, 2 weisen über ihren Umfang eine ungleich mäßige Massenverteilung auf, indem, so wie es in Fig. 2 für den Wuchtring 1 dargestellt ist, dieser Wuchtring mit sich über einen bestimmten Winkelabstand erstreckenden Aussparungen 1′ versehen ist.

Bei diesen Wuchtringen liegen die Rotationsachse und der Massenschwerpunkt um einen möglichst großen Betrag auseinander. Um die Wuchtringe herum wird ein ring förmiges Gehäuse 6 montiert, das in einer Axialebene mittig geteilt ist. Der untere Teil des Gehäuses 6 schützt gegen Verschmutzung und ist am Maschinenbett bzw. am Schleifspindelstock fest montiert. Der obere Teil des Gehäuses trägt mittels Haltewinkeln 15 außer dem noch die Magnetspulen 3, 23, die radial um die Wuchtringe 1, 2 mit einem Luftspalt 4 dazwischen angeordnet sind. Mit Hilfe der Magnetspulen werden die Wuchtringe in Umfangsrichtung verstellt. Die Wuchtringe sind in ihrer Bohrung zur Verringerung der Reibung mit einer Teflonbeschichtung versehen. Zur seitlichen Führung dienen Teflonringe 10. Zur seitlichen Fixierung dieser Teile dient der Abschlußring 9. Der obere Teil des Gehäuses 6 wird an der Schleifscheibenschutzhaube fest montiert. Beim öffnen der Schleifscheibenschutzhaube nach oben wird dieser Teil des Gehäuses automatisch mit geöffnet, und die Vorrichtung kann mit der Schleif spindel zusammen aus der Maschine gehoben werden. Es sind also keine zusätzlichen Montagearbeiten erforderlich.

Das Gehäuse 6 der Vorrichtung kann sowohl bei ein- als auch bei doppelseitig gelagerten Schleifspindeln wahlweise durch einen schmalen ringförmigen Halter am feststehenden Teil 12 der Schleifspindel montiert werden. Bei den meisten Maschinen ist entsprechender Platz dafür vor handen. Die Teilung des Gehäuses würde dann nicht in einer Axialebene, sondern ringförmig erfolgen.

Diese Anordnung der Vorrichtung hätte auch bei doppel seitig gelagerten Schleifspindeln den Vorteil, daß die gesamte Einheit beim Herausheben der Schleifspindel aus der Maschine und beim Schleifscheibenwechsel auf der Schleifspindel verbleiben kann. Es wären nur die Steck kontakte für die Stromversorgung zu lösen.

Bei der praktischen Ausführung dieser Vorrichtung ist besonders darauf zu achten, daß im Schleifbereich, also an der Stelle, an der sich Schleifscheibe 13 und Werk stück 14 berühren, keine Teile über den Flanschring 8 hinausragen, damit die Schleifscheibe bis zu ihrem Minimaldurchmesser 13a abgenutzt werden kann. Dasselbe gilt für den Abrichtbereich, also die Stelle, an der sich Schleifscheibe und Abrichtdiamant berühren. Das Bezugszeichen 13b entspricht dem Bohrungsdurchmesser der Schleifscheibe.

Bei Maschinen mit einseitig gelagerter Schleifspindel kann die Vorrichtung scheibenförmig ausgeführt werden und ist mit wenigen Handgriffen zu demontieren. Sie kann aber auch ringförmig wie vorstehend beschrieben zwischen der Schleifscheibe und der Schleifspindel lagerung montiert werden, so daß sie beim Schleifscheiben wechsel nicht demontiert werden muß. Das Gleiche gilt für Zentrifugen, Spinnspindeln und Fahrzeugreifen etc.

Die gegenüber der Magnetspule 3 mit ihrem Weicheisenkern 7 versetzte Anordnung der dem Wuchtring 2 zugeordneten Erreger- bzw. Magnetspule 23 ist in Fig. 2 dargestellt.

Die gesamte Anordnung dieser Auswuchtvorrichtung ist je nach Erfordernissen auch umgekehrt möglich, d. h. die Wuchtringe laufen außen zusammen mit dem aus zu wuchtenden Rotor um, und die Erreger- bzw. Magnetspulen liegen innen am festen Spindelteil. Auch eine seitliche Anordnung ist möglich, d. h. die Wuchtringe liegen z. B. in der Mitte innen oder außen am rotierenden Spindelteil und die Erreger- bzw. Magnetspulen liegen links und rechts daneben am festen Spindelteil.

Je nach konstruktiven Erfordernissen und Platzverhält nissen ist eine sehr flexible Anpassung der Auswuchtvor richtung an die vorhandenen Bauelemente des auszuwuchtenden Rotors möglich.

Auswuchtvorgang

Die Feststellung von Lage und Größe der Unwucht geschieht auf die übliche Weise mittels Schwingungsauf nehmer. Die Lage der leichten Seite der Wuchtringe 1, 2 wird durch den Induktionstaster 5 ermittelt. Liegen sich die Schwerpunkte der Wuchtringe gegenüber, ist ihre Wirkung neutral, da sich ihre Unwuchten gegenseitig aufheben.

Je mehr die Schwerpunkte der Wuchtringe im Winkel auf die leichte Stelle der Schleifscheibe zu bewegt werden, um so größer wird der Massenausgleich. Heben sich die fehlende Masse der Schleifscheibe und die zusätz lichen Massen der Wuchtringe in ihrer Wirkung auf, ist ein Massenausgleich erfolgt und die Schleifscheibe läuft vibrationsfrei.

Die Verstellung der mit der Schleifscheibe rotierenden Auswuchtringe geschieht am einfachsten durch kurz zeitiges Abbremsen nach dem Prinzip der Wirbelstrom bremse. Dadurch ist aber nur eine Verstellung in einer Richtung möglich, weshalb die erforderliche Position der Ringe vorher genau definiert werden muß, was durch ein geeignetes elektronisches Steuergerät erfolgt.

Bei Verstellung nach dem Kurzschlußläufer-Prinzip läuft ein Magnetfeld mit der Frequenz der Schleifscheibendreh zahl um. Durch Erhöhung oder Verminderung dieser Frequenz werden die Ringe auf der Schleifspindel be schleunigt oder verzögert und dadurch beliebig im Winkel zur Unwucht der Schleifscheibe verstellt. Es ist auch eine Verstellung nach dem Schrittmotor-Prinzip oder andere elektrische Verstellmethoden denkbar.

Für jeden der beiden Ringe ist eine eigene Verstell einrichtung erforderlich.

Nach erfolgtem Massenausgleich kann die Verstellein richtung abgeschaltet werden, da die Auswuchtringe durch Reibung in ihrer Position verharren. Es ist jedoch ratsam, den Schwingungsaufnehmer aktiv zu lassen, um bei einer bestimmten einstellbaren Grenzschwingung wieder ein automatisches Auswuchten auszulösen.

Je nachdem, nach welchem Prinzip gearbeitet wird, liegen folgende Verhältnisse vor:

Wirbelstrombremse

Die Wuchtringe 1 und 2 bestehen aus elektrisch leitfähigem und magnetisierbarem Material, z. B. Stahl, Weicheisen, Stahl-Wolfram-Legierung; die Erreger- bzw. Magnetspulen werden von Gleichstrom durchflossen.

Kurzschlußläufer-Prinzip

Die Wuchtringe bestehen aus elektrisch leitfähigem und magnetisierbarem Material, z. B. Stahl, Weicheisen, Stahl- Wolfram-Legierung; die Erreger- bzw. Magnetspulen werden von Wechselstrom durchflossen mit der Frequenz, die der jeweiligen Rotordrehzahl entspricht. Zur Verstellung wird diese Frequenz erhöht bzw. verringert.

Schrittmotor-Prinzip

Die Wuchtringe 1 und 2 bestehen aus elektrisch leitfähigem und magnetisierbarem Material, z. B. Stahl, Weicheisen, Stahl-Wolfram-Legierungen und weisen an ihrer äußeren Mantelfläche ein zahnradähnliches Profil auf; das gleiche Prinzip besitzen auch die Erreger- bzw. Magnetspulen. Zur Verstellung der Wuchtringe werden die Magnetspulen mit kurzen drehzahlsynchronen Stromimpulsen erregt und takten die Wuchtringe um jeweils einen Zahn weiter.

Für alle Prinzipien gilt

Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit werden die Wuchtringe mit einer dünnen Kupferschicht überzogen.

Claims

1. Vorrichtung zum Auswuchten von fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren, ins besondere Schleifscheiben, mit zwei über ihren Umfang eine ungleichmäßige Massenver teilung aufweisenden Wuchtringen, die mit dem Rotor umlaufend axial nebeneinander gelagert sind und mittels Stelleinrichtungen berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wuchtringe (1, 2) schwimmend gelagert sind und aus einem solchen Material bestehen, daß sie die Anker von Elektromotoren bilden, die durch zugeordnete, stationär angebrachte, als Feldwicklungen wirksame Magnetspulen (3, 23) so lange verstellbar sind, bis der notwendige Massenausgleich erfolgt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anker bildenden Wuchtringe (1, 2) sowie die zugeordneten Magnetspulen (3, 23) ein nach Art einer Wirbelstrombremse arbeitendes System bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anker bildenden Wuchtringe (1, 2) sowie die zugeordneten Magnetspulen (3, 23) ein nach Art eines Schrittmotors arbeitendes System bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anker bildenden Wuchtringe (1, 2) sowie die zugeordneten Magnetspulen (3, 23) ein nach Art eines Kurzschlußläufermotors arbeitendes System bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (3, 23) radial außerhalb der Wuchtringe innerhalb eines Gehäuses (6) angeordnet sind.