WO2008113466A1 - Color wheel having individual balancing weights along a guide - Google Patents

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WO2008113466A1
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masses
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Emil Janicek
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Oerlikon Trading Ag, Trübbach
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Definitions

  • the present invention relates to color wheels used, for example, in projectors to enable color sequential lighting.
  • the present invention also relates to projectors using such color wheels.
  • Optical systems which use such components are, for example, image projectors or display arrangements. Typical applications are back or front projectors for television systems.
  • color filters are introduced into the optical path of a light beam in rapid succession.
  • a carrier is used, which is equipped at its periphery with circularly arranged color filter segments.
  • This arrangement forms a color rotor, wherein parts of the segments protrude radially beyond the carrier and thereby form a color ring.
  • This color ring is intended to be inserted into the optical light path.
  • the color rotor is rotated about its central axis. Due to the rotation of the color rotor, the filter segments are alternately moved in and out of the optical path. This results in the desired rapid sequence of color change.
  • the color rotor is mounted on a motor which rotates it. The color rotor and the motor form a color wheel.
  • the imaging system Since the imaging system must be capable of producing high quality images, the color changes must be made in a very rapid sequence. This means that the filter segments must be moved through the optical path of the light beam at a very high speed. This requires a fast rotation of the color rotor. The result is that large forces resulting from centrifugal accelerations and several hundred times greater than the gravitational acceleration g act on the color rotor and in particular on the sensitive segments. For a particularly good image quality, the accelerations can exceed 1000 g.
  • Such imaging systems must also be very high Satisfy brightness requirements that can only be achieved by powerful light sources. Due to this powerful light sources, the component corresponding to high temperatures of up to 100 c C is exposed.
  • the color rotor is rotated and measured the imbalance. There is always imbalance when the center of gravity of the rotor does not coincide with the axis of rotation. This can be corrected in two ways. Either mass is removed from the rotor at a certain off-axis point (negative balance) or mass is added to the rotor at a certain other point spaced from the axis (positive balance).
  • Negative balance typically drills holes in the carrier. If the color rotor remains connected to the motor during drilling, it is quite possible that the bearings will suffer from the forces that may be exerted on them during the drilling process. You might also think about removing the color rotor from the engine before drilling the holes. Unfortunately, this is very time consuming and therefore makes balancing expensive. This is especially true when balancing is done in an iterative manner (rotation - first correction - rotation - second correction - ). As part of the positive balancing an additional balance weight is attached to the rotor. For color wheels, a bead of adhesive is typically attached to the carrier. If the bulk of the adhesive is insufficient, the adhesive is used to adhere other higher density material, such as a piece of steel, to the backing.
  • the carrier or another part of the rotor comprises a container with an annular volume in which the adhesive can be taken up as a balancing mass.
  • the adhesive and, if necessary, for example, some metal beads are introduced into the container.
  • the amount introduced into the container is so small that it does not completely fill the container. If such an arrangement is set in rotation, the adhesive and, if appropriate, the beads will automatically flow into the correct axial position in order to minimize the imbalance. Thereafter, the adhesive is cured. Care must be taken to ensure that the adhesive remains in place after rotation and / or during curing. Again, one degree of freedom is less available for balancing, since the radial position is predetermined by the container.
  • the previously described balancing methods invariably referred to balancing in only one plane. This is often sufficient, especially if the rotor can be approximately described by a thin plate and if it comes only to moderate speeds. However, color rotors in color wheels are often rotated at speeds of 7,000 rpm (revolutions per minute) to 15,000 rpm. In these cases, the balancing is done in only one e- sometimes not sufficient and the balancing must be carried out for at least two distinctly spaced planes perpendicular to the axis of rotation.
  • the goal can be achieved with a color wheel in which two or more compensating masses are provided on an annular guide.
  • the guide is arranged substantially coaxially to the axis of rotation of the color wheel.
  • the balancing weights are arranged before and during the balancing process along the guide movable on the guide.
  • the degree of mobility is chosen such that the balancing weights do not move due to their own weight, but can be manually moved along the guide with the necessary force.
  • the total balancing mass is defined as the sum of the masses of all the individual balancing masses that are movable as described above. This total balancing weight is chosen so high that it is sufficient to compensate for the reasonably expected maximum imbalance. These are up to 60mg for today's color wheels.
  • the balancing masses are initially arranged so that the center of gravity of the balancing mass system comes to rest essentially on the axis of rotation of the color wheel.
  • the color rotor is then rotated by the motor and the imbalance of the color wheel is measured. Based on this measurement can then be calculated where the center of gravity of the compensation mass system is to be arranged in order to minimize the imbalance of the color wheel.
  • One or more balance masses are then moved along the guide to move the center of gravity of the leveling system to the desired position. It is possible to use a series of iteration steps of measuring the remaining balance and moving the balance masses to minimize the imbalance.
  • Figure 1 shows the plan view of a color wheel according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the cross section of the color wheel of Figure 1 along the line AA '.
  • Figure 1 shows the plan view of a color wheel 1 according to the present invention with filter segments 3, 3 ', and 3 "and a cover with a circular rail 5 forming the guide, the cover being on the segments 3, 3' and 3" arranged that the center of the circular rail 5 is at least substantially loaned to the axis of rotation of the color wheel.
  • two brackets 7, T are arranged to move with the same mass and form a leveling system.
  • the brackets in the example each have a mass of 20 mg and consist of sheet metal. Other materials, such as plastic or spring steel are possible.
  • the balancing mass system therefore has a total mass of 40 mg.
  • the arms of the clamps 7, T press against the sidewalls of the rail 5.
  • FIG. 2 shows the cross section of the color wheel 1 of FIG. 1 along the line AA '. This figure additionally shows a previously concealed disc-shaped carrier 9 to which the segments 3, 3 ', 3 "and the motor (not shown here) are arranged.
  • brackets 7, 7 ' are placed on the rail 5 so as to be diametrically opposite, i. the connecting line through the center 11, which marks the position of the axis of rotation go. Since the brackets have the same mass, so that their common center of gravity in the center 11 and thus initially contributes nothing to the imbalance.
  • the imbalance is measured.
  • the color wheel is set in rotation and measured the lateral forces on the motor during rotation. From these measurements, the direction and the amount of a compensating mass to be applied can be determined in a previously selected distance in a manner known and not further described here.
  • one of the previous input parameters of a corresponding measuring device is the specification at which distance from the axis a compensating mass is to be applied. The device then determines the amount of mass required and its angular position. It is clear that at any previously chosen distance a certain mass leads to balancing; the product of distance and mass is constant.
  • a distance of 2 cm is selected for the calibration of the measuring instrument, which corresponds to the radius R of the rail 5.
  • a balance mass of 12 mg in a certain direction is needed to eliminate the imbalance
  • M mes is the balancing mass determined by the measuring instrument which would have to be mounted on the guide and if the two balancing masses available each have a mass M 3 , these are placed in a position on the guide rail.
  • the invention therefore relates to a color wheel with balancing device, wherein the balancing device comprises a substantially circular guide that their
  • Circular center on the axis of rotation defined by the color wheel and on the guide at least two along the guide individually movable Balancing masses which together form a balancing mass system, are provided in such a way that in order to move each of the balancing masses along the guide, a force is necessary which is greater than the weight of the respective balancing mass.
  • such a color wheel is characterized in that the guide is formed by a formation of a component of the rotor of the color wheel and the balancing masses of the balancing mass system clasp this formation in cross-section.
  • such a color wheel is characterized in that the guide is formed by an indentation of a component of the rotor of the color wheel and the indentation encloses the balancing weights of the balancing mass system in cross section.
  • the color wheel has respective pairs of balance masses of the balance mass system with substantially equal mass.
  • the balancing mass system can also be designed so that it comprises only two balancing masses, which may in particular have the same mass.
  • the balancing masses are arranged on the guide such that the center of gravity of the balancing mass system is located substantially on the axis of rotation of the color wheel
  • the position is determined at which a total mass of the balancing system corresponding balancing mass would be to achieve balancing of the color wheel - and in a subsequent third step, at least one of the balancing masses is moved so that the center of gravity of Balancing mass system on the previously determined position at which one of the total mass of the Auswuchtmassensystems corresponding balancing mass would be to install, comes to rest.
  • the balancing masses can be fixed immovably after balancing in a final step on and along the guide.
  • the balancing system of the color wheel comprises only a first counterbalancing mass and a second counterbalancing mass, then it can be balanced according to a method
  • the balancing masses are arranged diametrically opposite
  • the color wheel is rotated by the motor in rotation and the imbalance is measured - and in the third step, the balancing weights are moved to the intersection of a straight line with the guide, the straight line through the second Step determined position and is perpendicular to the line connecting the circle center and position.

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Abstract

The present invention relates to a color wheel having a balancing device. The balancing device comprises a circular guide and at least two balancing weights disposed thereon and movable therealong. The mobility of the balancing weights is limited such that they do not move under their own weight. The invention also relates to a method for balancing the color wheel. First, according to said method, the balancing weights are disposed on the guide such that the center of gravity of the balancing weight system formed by the same rests on the rotational axis of the color wheel. Then the out-of-balance is measured and the position to which the center of gravity of the balancing weight system is moved to reach the determined position is determined by moving the balancing weights along the guide.

Description

Farbrad mit individuellen Auswuchtmassen entlang einer Führung Color wheel with individual balancing masses along a guide
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Farbräder, die beispielsweise in Projektoren verwendet werden, um eine farbsequentielle Beleuchtung zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Projektoren, die solche Farbräder verwenden.The present invention relates to color wheels used, for example, in projectors to enable color sequential lighting. The present invention also relates to projectors using such color wheels.
Bauteile der oben erwähnten Art werden in Anwendungen gebraucht, in denen periodische Farbänderungen in schneller Abfolge generiert werden müssen. Optische Systeme, die solche Bauteile verwenden sind beispielsweise Bildprojektoren oder Displayanordnungen. Typische Anwendungen sind Rück- oder Frontprojektoren für Fernsehsysteme.Components of the type mentioned above are used in applications in which periodic color changes must be generated in rapid succession. Optical systems which use such components are, for example, image projectors or display arrangements. Typical applications are back or front projectors for television systems.
Um zu dem benötigten raschen Farbwechsel zu gelangen, werden Farbfilter in den optischen Lichtweg eines Lichtstrahls in rascher Abfolge hineingeführt. Zu diesem Zweck wird ein Träger verwendet, der an seiner Peripherie mit kreisförmig angeordneten Farbfiltersegmenten ausgestattet ist. Diese Anordnung bildet einen Farbrotor, wobei Teile der Segmente radial über den Träger hinausragen und dabei einen Farbring bilden. Dieser Farbring ist dazu vorgesehen, in den optischen Lichtweg ein- gesetzt zu werden. Der Farbrotor wird um seine zentrale Achse rotiert. Durch die Rotation des Farbrotors werden die Filtersegmente abwechselnd in den optischen Lichtweg hinein- und hinausgeführt. Hierdurch kommt die gewünschte schnelle Abfolge des Farbwechsels zustande. Der Farbrotor ist an einem Motor angeordnet, der es in Rotation versetzt. Der Farbrotor und der Motor bilden ein Farbrad.In order to achieve the required rapid color change, color filters are introduced into the optical path of a light beam in rapid succession. For this purpose, a carrier is used, which is equipped at its periphery with circularly arranged color filter segments. This arrangement forms a color rotor, wherein parts of the segments protrude radially beyond the carrier and thereby form a color ring. This color ring is intended to be inserted into the optical light path. The color rotor is rotated about its central axis. Due to the rotation of the color rotor, the filter segments are alternately moved in and out of the optical path. This results in the desired rapid sequence of color change. The color rotor is mounted on a motor which rotates it. The color rotor and the motor form a color wheel.
Da das Bilderzeugungssystem in der Lage sein muss, Bilder mit hoher Qualität zu erzeugen, müssen die Farbwechsel in sehr rascher Abfolge ausgeführt werden. Das bedeutet, dass die Filtersegmente mit sehr hoher Geschwindigkeit durch den optischen Weg des Lichtstrahls hindurchbewegt werden müssen. Dies setzt eine schnel- Ie Rotation des Farbrotors voraus. Die Folge ist, dass große Kräfte, die von Zentrifugalbeschleunigungen herrühren und einige hundert Mal größer sind als die Erdbeschleunigung g, auf den Farbrotor und insbesondere auf die empfindlichen Segmente wirken. Für eine besonders gute Bildqualität können die Beschleunigungen durchaus 1000 g übertreffen. Solche Bilderzeugungssysteme müssen auch sehr hohe Helligkeitsanforderungen erfüllen, die lediglich durch leistungsstarke Lichtquellen erreicht werden können. Aufgrund dieser leistungsstarken Lichtquellen ist das Bauteil entsprechend hohen Temperaturen von bis zu 100cC ausgesetzt.Since the imaging system must be capable of producing high quality images, the color changes must be made in a very rapid sequence. This means that the filter segments must be moved through the optical path of the light beam at a very high speed. This requires a fast rotation of the color rotor. The result is that large forces resulting from centrifugal accelerations and several hundred times greater than the gravitational acceleration g act on the color rotor and in particular on the sensitive segments. For a particularly good image quality, the accelerations can exceed 1000 g. Such imaging systems must also be very high Satisfy brightness requirements that can only be achieved by powerful light sources. Due to this powerful light sources, the component corresponding to high temperatures of up to 100 c C is exposed.
Zusätzlich ist nur eine geringe Rundlauftoleranz zulässig, um eine lange Lebensdauer des Bauteils zu erreichen. Daher muss beim Auswuchten des Farbrades viel Sorgfalt an den Tag gelegt werden. Andererseits wird eine breite Anwendung solcher Bauteile - beispielsweise in Display-Anwendungen des sogenannten Niedrigpreissektors - nur dann machbar, wenn es möglich ist, die Farbräder zu einem sehr geringen Preis und dennoch die hohen Qualitätsanforderungen erfüllend zu produzieren. In diesem Zusammenhang können daher keine komplizierten und teuren Auswuchtverfahren angewandt werden.In addition, only a low concentricity tolerance is permissible in order to achieve a long service life of the component. Therefore, care must be taken when balancing the color wheel much care. On the other hand, a broad application of such components - for example, in display applications of the so-called low-price sector - only feasible if it is possible to produce the color wheels at a very low price and yet fulfilling the high quality requirements. In this context, therefore, no complicated and expensive balancing methods can be used.
Es sind unterschiedliche Auswuchtverfahren bekannt: Sowohl statisches, als auch dynamisches Auswuchten; Auswuchten in einer Ebene oder in zwei Ebenen.Different balancing methods are known: both static and dynamic balancing; Balancing in one plane or in two planes.
Im Rahmen des klassischen statischen Verfahrens wird der Farbrotor rotiert und die Umwucht gemessen. Es gibt immer dann Umwucht, wenn der Schwerpunkt des Rotors nicht mit der Rotationsachse zusammenfällt. Dies kann auf zwei Arten korrigiert werden. Entweder wird an einem bestimmten, von der Achse beabstandeten Punkt Masse vom Rotor entfernt (negatives Auswuchten) oder es wird an einem bestimmten, von der Achse beabstandeten anderen Punkt Masse zum Rotor hinzugefügt (positives Auswuchten).As part of the classical static process, the color rotor is rotated and measured the imbalance. There is always imbalance when the center of gravity of the rotor does not coincide with the axis of rotation. This can be corrected in two ways. Either mass is removed from the rotor at a certain off-axis point (negative balance) or mass is added to the rotor at a certain other point spaced from the axis (positive balance).
Im Rahmen des negativen Auswuchtens werden typischerweise Löcher in den Träger gebohrt. Falls der Farbrotor während des Bohrens mit dem Motor verbunden bleibt, ist es gut möglich, dass die Lager unter den Kräften, die eventuell während des Bohrvorgangs auf sie ausgeübt werden, leiden. Man könnte auch daran denken den Farbrotor vom Motor zu entfernen, bevor die Löcher gebohrt werden. Unglückli- cherweise ist dies sehr zeitaufwendig und macht das Auswuchten daher teuer. Dies trifft besonders dann zu, wenn das Auswuchten in iterativer Weise durchgeführt wird (Rotation - erste Korrektur - Rotation - zweite Korrektur - ...). Im Rahmen des positiven Auswuchtens wird ein zusätzliches Ausgleichsgewicht am Rotor befestigt. Bei Farbrädern wird dazu typischerweise ein Batzen Klebstoff am Träger befestigt. Falls die Masse des Klebstoffs nicht ausreicht wird der Klebstoff verwendet, um anderes Material mit höherer Dichte, beispielsweise ein Stück Stahl, an den Träger zu kleben. Es wird ein hohes Mass an Genauigkeit und Erfahrung benötigt, um nach diesem Verfahren auswuchten zu können, da beispielsweise der Klebstoff verlaufen und zu nicht vorgesehenen Teilen des Rotors fließen kann. Daher weist der Träger manchmal eine kreisförmige Rille zur Aufnahme des Klebstoffs auf. Dies limitiert allerdings den Freiheitsgrad das Ausgleichsgewicht zu positionie- ren. Zusätzlich nimmt das Aushärten des Klebstoffs Zeit in Anspruch, bevor der Rotor wieder in Rotation versetzt werden kann. Diese Methode des Auswuchtens ist daher insbesondere dann recht teuer, falls es in iterativer Weise, wie bereits für das negative Auswuchten beschrieben, durchgeführt wird.Negative balance typically drills holes in the carrier. If the color rotor remains connected to the motor during drilling, it is quite possible that the bearings will suffer from the forces that may be exerted on them during the drilling process. You might also think about removing the color rotor from the engine before drilling the holes. Unfortunately, this is very time consuming and therefore makes balancing expensive. This is especially true when balancing is done in an iterative manner (rotation - first correction - rotation - second correction - ...). As part of the positive balancing an additional balance weight is attached to the rotor. For color wheels, a bead of adhesive is typically attached to the carrier. If the bulk of the adhesive is insufficient, the adhesive is used to adhere other higher density material, such as a piece of steel, to the backing. It takes a high degree of accuracy and experience to be able to balance by this method, since, for example, the adhesive can run and flow to unintended parts of the rotor. Therefore, the carrier sometimes has a circular groove for receiving the adhesive. However, this limits the degree of freedom to position the balance weight. In addition, the curing of the adhesive takes time before the rotor can be set in rotation again. This method of balancing is therefore quite expensive, especially if it is carried out in an iterative manner, as already described for the negative balancing.
Gemäß einer bekannten dynamischen Auswuchtmethode umfasst der Träger oder ein anderes Teil des Rotors einen Behälter mit einem ringförmigen Volumen in dem Klebstoff als Ausgleichsmasse aufgenommen werden kann. Bevor der Rotor in Rotation versetzt wird, wird der Klebstoff und falls notwendig beispielsweise einige Me- tallkügelchen in den Behälter eingebracht. Die in den Behälter eingebrachte Menge wird so gering gewählt, dass sie den Behälter nicht vollständig füllt. Wird nun eine solche Anordnung in Rotation versetzt, so wird der Klebstoff und mit ihm gegebenenfalls die Kügelchen automatisch in die richtige axiale Position fliessen um die Um- wucht zu minimieren. Danach wird der Klebstoff ausgehärtet. Dabei muss darauf geachtet werden, dass der Klebstoff nach der Rotation und/oder während des Aushär- tens an Ort und Stelle verbleibt. Auch hier steht für das Auswuchten ein Freiheitsgrad weniger zur Verfügung, da die radiale Position durch den Behälter vorbestimmt ist.According to a known dynamic balancing method, the carrier or another part of the rotor comprises a container with an annular volume in which the adhesive can be taken up as a balancing mass. Before the rotor is set in rotation, the adhesive and, if necessary, for example, some metal beads are introduced into the container. The amount introduced into the container is so small that it does not completely fill the container. If such an arrangement is set in rotation, the adhesive and, if appropriate, the beads will automatically flow into the correct axial position in order to minimize the imbalance. Thereafter, the adhesive is cured. Care must be taken to ensure that the adhesive remains in place after rotation and / or during curing. Again, one degree of freedom is less available for balancing, since the radial position is predetermined by the container.
Die bisher beschriebenen Auswuchtverfahren bezogen sich ausnahmslos auf das Auswuchten in lediglich einer Ebene. Dies ist oftmals ausreichend und zwar besonders dann, wenn der Rotor annähernd durch eine dünne Platte beschrieben werden kann und wenn es nur zu moderaten Drehzahlen kommt. Allerdings werden Farbrotoren in Farbrädern häufig mit Drehzahlen von 7000 Umin (Umdrehungen pro Minute) bis 15000 Umin rotiert. In diesen Fällen ist die Auswuchtung in lediglich einer E- bene manchmal nicht mehr ausreichend und das Auswuchten muss für zumindest zwei deutlich voneinander beabstandeten und zur Rotationsachse senkrechten Ebenen durchgeführt werden.The previously described balancing methods invariably referred to balancing in only one plane. This is often sufficient, especially if the rotor can be approximately described by a thin plate and if it comes only to moderate speeds. However, color rotors in color wheels are often rotated at speeds of 7,000 rpm (revolutions per minute) to 15,000 rpm. In these cases, the balancing is done in only one e- sometimes not sufficient and the balancing must be carried out for at least two distinctly spaced planes perpendicular to the axis of rotation.
Auch hier können die verschiedenen Verfahren wie negatives und positives oder dynamisches Auswuchten zur Anwendung kommen, mit all den Vorteilen und auch all den Nachteilen der entsprechenden Methoden.Here, too, the various methods such as negative and positive or dynamic balancing can be used, with all the advantages and also all the disadvantages of the corresponding methods.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung ein Farbrad anzugeben, mit dem ein ver- einfachtes Verfahren zur Auswuchtung durchgeführt werden kann. Mit diesem Verfahren sollten zumindest teilweise die Nachteile der bereits bekannten Verfahren ü- berwunden werden.It is the object of the present invention to provide a color wheel with which a simplified method of balancing can be performed. This method should at least partially overcome the disadvantages of the already known methods.
Das Ziel kann mit einem Farbrad erreicht werden, bei dem zwei oder mehrere Aus- gleichsmassen an einer ringförmigen Führung vorgesehen sind. Die Führung ist im Wesentlichen koaxial zur Rotationsachse des Farbrades angeordnet. Die Ausgleichsmassen sind vor und während des Auswuchtprozesses längs der Führung beweglich an der Führung angeordnet. Der Grad der Beweglichkeit ist derart gewählt, dass sich die Ausgleichsmassen nicht aufgrund ihres eigenen Gewichtes be- wegen, mit dem nötigen Kraftaufwand allerdings manuell entlang der Führung bewegt werden können. Als Gesamtausgleichsmasse wird die Summe der Masse aller einzelnen in der oben beschriebenen Weise beweglichen Ausgleichsmassen definiert. Diese Gesamtausgleichsmasse wird so hoch gewählt, dass sie ausreicht, um die vernünftigerweise maximal zu erwartende Umwucht auszugleichen. Bei den heu- tigen Farbrädern sind dies bis zu 60mg.The goal can be achieved with a color wheel in which two or more compensating masses are provided on an annular guide. The guide is arranged substantially coaxially to the axis of rotation of the color wheel. The balancing weights are arranged before and during the balancing process along the guide movable on the guide. The degree of mobility is chosen such that the balancing weights do not move due to their own weight, but can be manually moved along the guide with the necessary force. The total balancing mass is defined as the sum of the masses of all the individual balancing masses that are movable as described above. This total balancing weight is chosen so high that it is sufficient to compensate for the reasonably expected maximum imbalance. These are up to 60mg for today's color wheels.
Entsprechend einer Ausführungsform des im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgestellten Auswuchtverfahrens werden die Ausgleichsmassen am Anfang so angeordnet, dass der Schwerpunkt des Ausgleichsmassensystems im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Farbrades zu liegen kommt. Der Farbrotor wird dann mit Hilfe des Motors in Rotation versetzt und die Umwucht der Farbrades wird gemessen. Aufgrund dieser Messung kann dann berechnet werden, wo der Schwerpunkt des Ausgleichsmassensystems anzuordnen ist, um die Umwucht des Farbrades zu minimieren. Eine oder mehrere Ausgleichsmassen werden dann entlang der Führung bewegt, um den Schwerpunkt des Ausgleichsmassensystems an die gewünschte Position zu verschieben. Es ist möglich, eine Reihe von Iterationsschritten des Messens der verbleibenden Umwucht und des Bewegens der Ausgleichsmassen anzuwenden, um die Umwucht zu minimieren.According to one embodiment of the balancing method presented in the context of the present invention, the balancing masses are initially arranged so that the center of gravity of the balancing mass system comes to rest essentially on the axis of rotation of the color wheel. The color rotor is then rotated by the motor and the imbalance of the color wheel is measured. Based on this measurement can then be calculated where the center of gravity of the compensation mass system is to be arranged in order to minimize the imbalance of the color wheel. One or more balance masses are then moved along the guide to move the center of gravity of the leveling system to the desired position. It is possible to use a series of iteration steps of measuring the remaining balance and moving the balance masses to minimize the imbalance.
Figur 1 zeigt die Draufsicht eines Farbrades entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Figure 1 shows the plan view of a color wheel according to an embodiment of the present invention.
Figur 2 zeigt den Querschnitt des Farbrades aus Figur 1 entlang der Linie AA'.Figure 2 shows the cross section of the color wheel of Figure 1 along the line AA '.
Im Folgenden wird die Erfindung im Detail und anhand von Figuren und den entsprechenden Ausführungsformen als Beispiele genauer erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to figures and the corresponding embodiments as examples.
Figur 1 zeigt die Draufsicht eines Farbrades 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit Filtersegmenten 3, 3', und 3" und einer Abdeckung mit einer kreisförmigen Schiene 5, die die Führung bildet. Die Abdeckung ist an den Segmenten 3, 3' und 3" derart angeordnet, dass der Mittelpunkt der kreisförmigen Schiene 5 zumindest im Wesent- liehen auf der Rotationsachse des Farbrades liegt. An der Schiene 5 sind zwei Klammern 7, T mit gleicher Masse beweglich angeordnet und bilden ein Ausgleichsmassensystem. Die Klammern haben im Beispiel jeweils eine Masse von 20 mg und bestehen aus Blech. Andere Materialien, wie zum Beispiel Plastik oder Federstahl sind möglich. Das Auswuchtmassensystem hat hier daher eine Gesamt- masse vom 40 mg. Die Arme der Klammern 7, T pressen gegen die Seitenwände der Schiene 5. Um die Klammern daher verschieben zu können muss eine Reibungskraft überwunden werden, die größer als ihre eigene Gewichtskraft ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Klammern nicht aufgrund der Handhabe der Farbräder während und nach dem Auswuchten aus Versehen verschoben werden. An den Klammern können noch Mittel, beispielsweise Stifte, vorgesehen sein, die es einfach erlauben, zeitweise die Arme auseinander zu drücken, um die Reibungskraft zu erniedrigen und ein einfacheres Verschieben zu erlauben. Die Figur 2 zeigt den Querschnitt des Farbrades 1 der Figur 1 entlang der Linie AA'. Diese Figur zeigt zusätzlich einen zuvor verdeckten scheibenförmigen Träger 9 an den die Segmente 3, 3', 3" und der Motor (hier nicht gezeigt) angeordnet sind.Figure 1 shows the plan view of a color wheel 1 according to the present invention with filter segments 3, 3 ', and 3 "and a cover with a circular rail 5 forming the guide, the cover being on the segments 3, 3' and 3" arranged that the center of the circular rail 5 is at least substantially loaned to the axis of rotation of the color wheel. On the rail 5, two brackets 7, T are arranged to move with the same mass and form a leveling system. The brackets in the example each have a mass of 20 mg and consist of sheet metal. Other materials, such as plastic or spring steel are possible. The balancing mass system therefore has a total mass of 40 mg. The arms of the clamps 7, T press against the sidewalls of the rail 5. In order to be able to move the clamps therefore a frictional force must be overcome which is greater than their own weight. In this way, it is ensured that the brackets are not moved accidentally due to the handle of the color wheels during and after balancing. Means may still be provided on the brackets, such as pins, which simply allow the arms to be momentarily forced apart to lower the frictional force and allow for easier shifting. FIG. 2 shows the cross section of the color wheel 1 of FIG. 1 along the line AA '. This figure additionally shows a previously concealed disc-shaped carrier 9 to which the segments 3, 3 ', 3 "and the motor (not shown here) are arranged.
Zu Beginn des Auswuchtprozesses werden die Klammern 7, 7' so an der Schiene 5 angeordnet, dass sie sich diametral gegenüber liegen, d.h. die Verbindungslinie durch das Zentrum 11 das, die Lage der Rotationsachse markiert, gehen. Da die Klammern gleiche Masse haben, liegt damit ihr gemeinsamer Schwerpunkt im Zentrum 11 und trägt somit zunächst einmal nichts zur Umwucht bei.At the beginning of the balancing process, the brackets 7, 7 'are placed on the rail 5 so as to be diametrically opposite, i. the connecting line through the center 11, which marks the position of the axis of rotation go. Since the brackets have the same mass, so that their common center of gravity in the center 11 and thus initially contributes nothing to the imbalance.
Anschliessend wird die Umwucht gemessen. Beispielsweise wird hierzu das Farbrad in Rotation versetzt und die lateralen Kräfte auf den Motor während der Rotation gemessen. Aus diesen Messungen lässt sich in bekannter und hier nicht weiter zu beschreibender Weise die Richtung und der Betrag einer anzubringenden Aus- gleichsmasse in zuvor gewähltem Abstand ermitteln. Typischerweise gehört zu den vorgängigen Eingabeparametern eines entsprechenden Messgerätes die Angabe, in welchem Abstand von der Achse eine Ausgleichsmasse angebracht werden soll. Das Gerät ermittelt dann den Betrag der benötigten Masse sowie deren Winkelposition. Dabei ist klar, dass zu jedem zuvor gewählten Abstand eine bestimmte Masse zur Auswuchtung führt; das Produkt aus Abstand und Masse aber konstant ist. Aus diesem Grund lässt sich einfach ermitteln, welche Position (Abstand vom Zentrum und Richtung) zu wählen ist, wenn eine Ausgleichsmasse vorgesehen ist, die der Gesamtmasse der beiden Klammern entspricht. Im Beispiel wird zur Kalibration des Messgerätes ein Abstand von 2cm gewählt, was dem Radius R der Schiene 5 ent- spricht. Ermittelt das Messgerät nun beispielsweise, dass im Abstand von 2cm vom Zentrum 11 eine Auswuchtmasse von 12 mg in eine bestimmte Richtung benötigt wird, um die Umwucht zu beseitigen, so wird eine Auswuchtmasse von 40 mg in einem Abstand von D= (12 mg x 2cm) / 40 mg = 0.6cm benötigt. Dies entspricht aber der Gesamtmasse des Auswuchtmassensystems. Hierdurch und mit der durch das Messgerät angezeigten Richtung wird diejenige Position 13, an der eine der Gesamtmasse des Auswuchtsystems entsprechende Auswuchtmasse anzubringen wäre, um damit eine Auswuchtung des Farbrades zu erzielen, festgelegt. Das Farbrad ist dann ausgewuchtet, wenn es gelingt den Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems zu dieser Position zu verschieben. Eine Gerade 22, die durch diese Position 13 geht und senkrecht auf die durch das Messgerät angezeigte vom Zentrum 11 ausgehende Richtung steht - die Richtung ist durch den Pfeil in der Figur 1 angedeutet - führt auf zwei Schnittpunkte mit der Schiene 5. Wird jeweils eine Auswuchtmasse an jeweils einen Schnittpunkt verschoben, so kommt der gemeinsame Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems an der gewünschten Position zu liegen. Dem entspricht im Beispiel die Rechnung, dass die Auswuchtmassen jeweils in einem Winkel θ = ± a cos(D/R) = ±a cosφ.βcm/ lern) = ± 72.54° gemessen von der durch dass Messgerät angezeigten Richtung anzubringen sind. Allgemeiner gesagt: Ist Mmes die vom Messgerät ermittelte Auswuchtmasse, die auf der Führung anzubringen wäre und haben die beiden zur Verfügung stehenden Auswuchtmassen jeweils eine Masse M3, so sind diese in ein Positionen auf der Füh-Then the imbalance is measured. For example, for this purpose, the color wheel is set in rotation and measured the lateral forces on the motor during rotation. From these measurements, the direction and the amount of a compensating mass to be applied can be determined in a previously selected distance in a manner known and not further described here. Typically, one of the previous input parameters of a corresponding measuring device is the specification at which distance from the axis a compensating mass is to be applied. The device then determines the amount of mass required and its angular position. It is clear that at any previously chosen distance a certain mass leads to balancing; the product of distance and mass is constant. For this reason, it is easy to determine which position (distance from the center and direction) to choose when a balancing mass is provided, which corresponds to the total mass of the two brackets. In the example, a distance of 2 cm is selected for the calibration of the measuring instrument, which corresponds to the radius R of the rail 5. For example, if the meter detects that at a distance of 2 cm from the center 11 a balance mass of 12 mg in a certain direction is needed to eliminate the imbalance, a balance mass of 40 mg at a distance of D = (12 mg x 2 cm ) / 40 mg = 0.6cm needed. However, this corresponds to the total mass of the balancing mass system. In this way, and with the direction indicated by the measuring device, that position 13 at which a balancing mass corresponding to the total mass of the balancing system would be applied, in order to achieve balancing of the color wheel, is determined. The color wheel is then balanced, if it succeeds to move the center of gravity of the balancing mass system to this position. A straight line 22 passing through this position 13 goes and perpendicular to the direction indicated by the meter from the center 11 outgoing direction - the direction is indicated by the arrow in Figure 1 - leads to two points of intersection with the rail 5. If one balancing mass moved to each intersection, so comes the common focus of the balancing mass system at the desired position. In the example, this corresponds to the calculation that the balancing masses are each mounted at an angle θ = ± a cos (D / R) = ± a cosφ.βcm / lern) = ± 72.54 ° measured from the direction indicated by the measuring device. In more general terms, if M mes is the balancing mass determined by the measuring instrument which would have to be mounted on the guide and if the two balancing masses available each have a mass M 3 , these are placed in a position on the guide rail.
M rung zu verschieben die um <9 = ±αcos( — 2^) von der vom Messgerät angezeigtenTo move the M tion = αcos to <9 ± (- 2 ^) displayed by the meter from
2Ma 2M a
Richtung abweichen.Deviate direction.
Damit ist der Auswuchtvorgang abgeschlossen. Es ist allerdings möglich, dass aufgrund der limitierten Positioniergenauigkeit der Klammern eine Restumwucht übrig bleibt, die natürlich wiederum gemessen werden kann. Falls diese Restumwucht ü- ber den für die Anwendung gewünschten Wert hinaus geht, kann, wie beim Justieren üblich, durch inkrementelle Verschiebungen der Klammern und nachfolgenden Mes- sungen des Effektes der Verschiebung versucht werden, diese weiter zu minimieren.This completes the balancing process. However, it is possible that due to the limited positioning accuracy of the brackets remains a residual balance, which in turn can be measured. If this residual imbalance goes beyond the value desired for the application, it may be attempted to minimize this further by incremental displacements of the clamps and subsequent measurements of the effect of the displacement, as is customary in adjustment.
Es wurde bisher lediglich die Auswuchtung mittels zweier Auswuchtmassen beschrieben. Die aus der Erfindung zu ziehende Lehre beschränkt sich aber keinesfalls auf lediglich zwei Auswuchtmassen. Beispielsweise ist es denkbar drei Klammern oder noch mehr Klammern zu verwenden. Diese werden dann wiederum anfangs so an der Schiene angeordnet, dass der gemeinsam Schwerpunkt auf der Rotationsachse zu liegen kommt.So far only the balancing by means of two balancing masses has been described. However, the teaching to be drawn from the invention is by no means limited to just two balancing weights. For example, it is conceivable to use three parentheses or even more parentheses. These are in turn initially arranged on the rail so that the common focus on the axis of rotation comes to rest.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Farbrad mit Auswuchtvorrichtung, wobei die Auswuchtvorrichtung eine im Wesentlichen kreisrunde Führung umfasst, die ihrenThe invention therefore relates to a color wheel with balancing device, wherein the balancing device comprises a substantially circular guide that their
Kreismittelpunkt auf der durch das Farbrad definierten Rotationsachse hat und an der Führung mindestens zwei längs der Führung individuell voneinander bewegliche Auswuchtmassen, die zusammen ein Auswuchtmassensystem bilden, dergestalt vorgesehen sind, dass um jeweils die Auswuchtmassen entlang der Führung zu bewegen eine Kraft notwendig ist, die größer ist als die Gewichtskraft der jeweiligen Auswuchtmasse.Circular center on the axis of rotation defined by the color wheel and on the guide at least two along the guide individually movable Balancing masses which together form a balancing mass system, are provided in such a way that in order to move each of the balancing masses along the guide, a force is necessary which is greater than the weight of the respective balancing mass.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein solches Farbrad dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch eine Ausformung eines Bestandteils des Rotors des Farbrades gebildet wird und die Auswuchtmassen des Auswuchtmassensystems diese Ausformung im Querschnitt umklammern.According to one embodiment, such a color wheel is characterized in that the guide is formed by a formation of a component of the rotor of the color wheel and the balancing masses of the balancing mass system clasp this formation in cross-section.
Alternativ ist ein solches Farbrad dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch eine Einformung eines Bestandteils des Rotors des Farbrades gebildet wird und die Einformung die Ausgleichsmassen des Auswuchtmassensystems im Querschnitt umschliesst.Alternatively, such a color wheel is characterized in that the guide is formed by an indentation of a component of the rotor of the color wheel and the indentation encloses the balancing weights of the balancing mass system in cross section.
Gemäß einer Ausführungsform hat das Farbrad jeweils Paare von Auswuchtmassen des Auswuchtmassensystems mit im Wesentlichen gleicher Masse. Das Auswuchtmassensystem kann auch so ausgelegt sein, dass es lediglich zwei Auswuchtmassen umfasst, die insbesondere gleiche Masse haben können.In one embodiment, the color wheel has respective pairs of balance masses of the balance mass system with substantially equal mass. The balancing mass system can also be designed so that it comprises only two balancing masses, which may in particular have the same mass.
Ausgewuchtet werden kann das erfindungsgemäße Farbrad nach folgendem Verfahren, wobeiBalancing the color wheel according to the invention by the following method, wherein
- in einem ersten Schritt die Auswuchtmassen auf der Führung derart angeordnet werden, dass der Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems im wesentlichen auf der Rotationsachse des Farbrades liegt- In a first step, the balancing masses are arranged on the guide such that the center of gravity of the balancing mass system is located substantially on the axis of rotation of the color wheel
- und in einem darauffolgenden zweiten Schritt die Position bestimmt wird, an der eine der Gesamtmasse des Auswuchtsystems entsprechende Auswuchtmasse anzubringen wäre um damit eine Auswuchtung des Farbrades zu erzielen - und in einem darauffolgenden dritten Schritt mindestens eine der Auswuchtmassen derart verschoben wird, dass der Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems auf der zuvor bestimmten Position an der eine der Gesamtmasse des Auswuchtmassensystems entsprechende Auswuchtmasse anzubringen wäre, zu liegen kommt. Zusätzlich und optional können die Auswuchtmassen nach dem Auswuchten in einem abschliessenden Schritt an und längs der Führung unbeweglich fixiert werden.- And in a subsequent second step, the position is determined at which a total mass of the balancing system corresponding balancing mass would be to achieve balancing of the color wheel - and in a subsequent third step, at least one of the balancing masses is moved so that the center of gravity of Balancing mass system on the previously determined position at which one of the total mass of the Auswuchtmassensystems corresponding balancing mass would be to install, comes to rest. Additionally and optionally, the balancing masses can be fixed immovably after balancing in a final step on and along the guide.
Umfasst das Auswuchtsystem des Farbrades lediglich eine erste Auswuchtmasse und eine zweite Auswuchtmasse so kann es nach einem Verfahren ausgewuchtet werden demIf the balancing system of the color wheel comprises only a first counterbalancing mass and a second counterbalancing mass, then it can be balanced according to a method
- im ersten Schritt die Auswuchtmassen diametral gegenüber angeordnet werden- In the first step, the balancing masses are arranged diametrically opposite
- zur Ermittlung der Position gemäß zweitem Schritt das Farbrad in durch den Motor in Rotation versetzt wird und die Umwucht gemessen wird - und im Rahmen des dritten Schrittes die Ausgleichsmassen zu den Schnittpunkten einer Geraden mit der Führung verschoben werden, wobei die Gerade durch die im zweiten Schritt ermittelte Position geht und senkrecht auf der Verbindungslinie von Kreismittelpunkt und Position steht.- To determine the position according to the second step, the color wheel is rotated by the motor in rotation and the imbalance is measured - and in the third step, the balancing weights are moved to the intersection of a straight line with the guide, the straight line through the second Step determined position and is perpendicular to the line connecting the circle center and position.
Die oben beschriebenen Verfahren führen jeweils zu einem erfinderischen Farbrad mit einzelnen unabhängigen Auswuchtmassen entlang einer im Wesentlichen kreisrunden Führung mit Kreismittelpunkt auf der Rotationsachse des Farbrades, wobei der Schwerpunkt des durch die Auswuchtmassen gebildeten Auswuchtmassensystems im Wesentlichen auf dem Punkt zu liegen kommt, an dem eine Auswuchtmas- se mit dem Gesamtgewicht des Auswuchtmassensystems anzubringen wäre, um das Farbrad auszuwuchten. The methods described above each lead to an inventive color wheel with individual independent balancing masses along a substantially circular guide with circle center on the axis of rotation of the color wheel, wherein the center of gravity of the balancing mass system formed by the balancing masses comes to lie substantially on the point at which a Auswuchtmasm - To be attached with the total weight of the balancing mass system to balance the color wheel.

Claims

Ansprüche claims
1. Farbrad mit Auswuchtvorrichtung, wobei die Auswuchtvorrichtung eine im Wesentlichen kreisrunde Führung umfasst, die ihren Kreismittelpunkt auf der durch das Farbrad definierten Rotationsachse hat und an der Führung mindestens zwei längs der Führung unabhängig voneinander bewegliche Auswuchtmassen, die zusammen ein Auswuchtmassensystem bilden, dergestalt vorgesehen sind, dass, um jeweils die Auswuchtmassen entlang der Führung zu bewegen, eine Kraft notwendig ist, die größer ist als die Gewichtskraft der jeweiligen Auswuchtmasse.1. color wheel with balancing device, wherein the balancing device comprises a substantially circular guide having its center of the circle on the axis of rotation defined by the color wheel and the guide at least two along the guide independently movable balancing masses, which together form a Auswuchtmassensystem are provided such in that, in order to respectively move the balancing masses along the guide, a force is necessary which is greater than the weight force of the respective balancing mass.
2. Farbrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch eine Ausformung eines Bestandteils des Rotors des Farbrades gebildet wird und die Auswuchtmassen des Auswuchtmassensystems diese Ausformung im Querschnitt umklammern.2. Color wheel according to claim 1, characterized in that the guide is formed by a formation of a component of the rotor of the color wheel and the balancing masses of the balancing mass system clasp this formation in cross section.
3. Farbrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führung durch eine Einformung eines Bestandteils des Rotors des Farbrades gebildet wird und die Einformung die Ausgleichsmassen des Auswuchtmassensystems im Querschnitt umschliesst.3. color wheel according to claim 1, characterized in that the guide is formed by a molding of a component of the rotor of the color wheel and the indentation surrounds the balancing weights of the Auswuchtmassensystems in cross section.
4. Farbrad nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei jeweils zwei Auswuchtmassen des Auswuchtmassensystems im Wesentlichen gleiche Masse haben.4. color wheel according to one of the preceding claims wherein each two balancing masses of the Auswuchtmassensystems have substantially the same mass.
5. Farbrad nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auswuchtmassensystem lediglich zwei Auswuchtmassen umfasst.5. color wheel according to one of the preceding claims, wherein the balancing mass system comprises only two balancing masses.
6. Verfahren zum Auswuchten eines Farbrades gemäß Anspruch 1 , wobei6. A method for balancing a color wheel according to claim 1, wherein
- in einem ersten Schritt die Auswuchtmassen auf der Führung derart angeordnet werden, dass der Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Farbrades liegt- In a first step, the balancing masses are arranged on the guide such that the center of gravity of the balancing mass system is located substantially on the axis of rotation of the color wheel
- und in einem darauffolgenden zweiten Schritt die Position bestimmt wird, an der eine der Gesamtmasse des Auswuchtsystems entsprechende Auswuchtmasse anzubringen wäre, um damit eine Auswuchtung des Farbrades zu erzielen - und in einem darauffolgenden dritten Schritt mindestens eine der Auswuchtmassen derart verschoben wird, dass der Schwerpunkt des Auswuchtmassensystems auf der zuvor bestimmten Position an der eine der Gesamtmasse des Auswuchtmassensystems entsprechende Auswuchtmasse anzubringen wäre, zu liegen kommt.- And in a subsequent second step, the position is determined at which a total mass of the balancing system corresponding balancing mass would be applied, so as to achieve a balancing of the color wheel - And in a subsequent third step, at least one of the balancing masses is shifted so that the center of gravity of the balancing mass system would be at the previously determined position on the one of the total mass of the Auswuchtmassensystems corresponding balancing mass to install, comes to rest.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtmassen in einem abschliessenden Schritt an und längs der Führung unbeweglich fixiert werden.7. The method according to claim 5, characterized in that the balancing masses are fixed immovably in a final step on and along the guide.
8. Verfahren nach Anspruch 5 für ein Farbrad gemäß Anspruch 4, bei dem an der Führung lediglich eine erste Auswuchtmasse und eine zweite Auswuchtmasse vorgesehen ist, wobei8. The method of claim 5 for a color wheel according to claim 4, wherein on the guide only a first counterbalancing mass and a second counterbalancing mass is provided, wherein
- im ersten Schritt die Auswuchtmassen diametral gegenüber angeordnet werden - zur Ermittlung der Position gemäß zweitem Schritt das Farbrad durch einen Motor in Rotation versetzt wird und die Umwucht gemessen wird- In the first step, the balancing masses are arranged diametrically opposite - to determine the position according to the second step, the color wheel is rotated by a motor in rotation and the imbalance is measured
- und im Rahmen des dritten Schrittes die Ausgleichsmassen zu den Schnittpunkten einer Geraden mit der Führung verschoben werden, wobei die Gerade durch die im zweiten Schritt ermittelte Position geht und senkrecht auf der Verbindungs- linie von Kreismittelpunkt und Position steht. - And in the third step, the balancing weights are shifted to the intersections of a straight line with the guide, wherein the straight line passes through the position determined in the second step and is perpendicular to the connecting line of circle center and position.
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