DE19844975A1

DE19844975A1 - Vorrichtung zur Messung von Kräften, welche durch eine Unwucht eines Rotors erzeugt werden

Info

Publication number: DE19844975A1
Application number: DE19844975A
Authority: DE
Inventors: Eckhart Geobel
Original assignee: Hofmann Werkstatt Technik GmbH
Current assignee: Snap On Equipment GmbH
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-30
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: KR100782206B1; DE19844975C2; KR20010034716A; UA53778C2; DE59900997D1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung von Kräften, welche durch eine Unwucht eines Rotors 1, insbesondere Kraftfahrzeugrades, erzeugt werden, mit einer drehbar um ihre Achse 23 gelagerten Meßwelle 2, an welcher der Rotor 1 für die Messung befestigt wird, und einer Kraftmeßgeber 4, 5 aufweisenden Lagerung 3 der Meßwelle 2 an einem ortsfesten Rahmen 6, wobei die Lagerung 3 einen Zwischenrahmen 7 aufweist, an welchem die Meßwelle 2 über einen ersten Kraftmeßgeber 4 und wenigstens eine virtuelle Lagerstelle 24 abgestützt ist und der Zwischenrahmen 7 am ortsfesten Rahmen 6 über einen weiteren Kraftmeßgeber 5 abgestützt ist. Hierdurch wird eine gegenüber herkömmlichen Maschinen mit fliegender Lagerung reduzierte Kräftedynamik erreicht.

Description

[Stand der Technik]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer derartigen, beispielsweise aus der EP 0 133 229 A1 bekannten Vorrichtung, die zum Auswuchten von Kraftfahrzeug rädern dient, wird der zu messende Rotor auf einer drehbar gelagerten Meßwelle befestigt. Die Meßwelle ist in einer Kraftmeßgeber aufweisenden Lagerung, welche starre Lager bildet, an einem ortsfesten Rahmen abgestützt. Zur Erzielung eines dynamischen Unwuchtausgleichs sind zwei Lagerebenen, in denen auch die Kraftmeßgeber angeordnet sind, in der Lagerung der Meßwelle vorgesehen. Die bei den bekannten Vorrichtungen in den Lagerebenen an den Meßorten vorgesehenen Kraftmeßgeber liefern Meßgebersignale, die proportional den Fliehkräften sind, die aus der Rotorunwucht resultieren und in den La gerebenen bzw. an den Meßorten die von den Meßgebern gemesse nen Reaktionskräfte hervorrufen. Bei den herkömmlichen Stan dardmeßsystemen für Radauswuchtmaschinen ist für die Meßwelle und den darauf aufgespannten Rotor eine fliegende Lagerung üblich. Die Umrechnung auf die beiden Ausgleichsebenen am Rotor für den dynamischen Unwuchtausgleich erfolgt aufgrund der Kraft-Hebel-Gesetze der Statik. Die von den Kraftmeßge bern in den beiden Lagerebenen gemessenen Kräfte sind daher abhängig vom jeweiligen Abstand, den der Rotor zu den beiden Kraftmeßgebern hat. Da diese Abstände unterschiedlich groß sind, ergibt sich bei der Änderung der Empfindlichkeit eines der beiden Meßwandler aufgrund unterschiedlicher Einwirkun gen, z. B. durch Temperatur, Alterung, Schlag, Überlastung, Transporterschütterung, Feuchtigkeitseinfluß und dergl., ein überproportionaler Fehler bei den für die jeweiligen Aus gleichsebenen errechneten Ausgleichsmassen.

Aus der EP 0 058 860 B1 ist eine Auswuchtmaschine für Rotati onskörper bekannt, bei welcher die Meßwelle auf einem senk recht am Maschinenbett angeordneten elastisch nachgiebigem Flachteil drehbar gelagert ist. Hierzu ist das Drehlager der Meßwelle an der oberen Kante des Flachteils vorgesehen. Positionsauslenkungen des Flachteils werden über einen im rechten Winkel zum Flachteil verlaufenden Arm von Meßgebern erfaßt, deren Krafteinleitungsrichtungen senkrecht zueinander verlaufen. Der eine Meßgeber nimmt dabei den statischen Anteil auf, während der andere Meßgeber die aus der dynami schen Unwucht resultierenden Kräfte, welche eine Verdrehung des senkrechten elastisch nachgiebigen Flachteils um etwa eine Mittellinie bewirken, erfaßt.

Ferner ist aus der DE-AS 16 98 164 ein schwingungsmessendes (überkritisches) Meßsystem bekannt mit einer Lagerung für den Rotor auf schräg zueinander gestellten Blattfedern, deren Schnittpunkt in einer der Ausgleichsebenen des auszuwuchten den Rotors liegt. Die beiden schräg zueinander gestellten Blattfedern sind über eine Zwischenplatte auf parallel zuein ander angeordneten senkrecht stehenden Blattfedern gegen eine Grundplatte abgestützt. Mittels Schwingungsumformern werden die aus einer Rotorunwucht resultierenden Schwingungen der Blattfedern erfaßt und in entsprechende Meßsignale umgesetzt.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Empfindlichkeit sänderung eines Meßwandlers sich aufgrund der oben erläuter ten Kräftedynamik nur geringfügig auf den in den Ausgleichs ebenen vorzunehmenden Massenausgleich, beispielsweise durch anzubringende Ausgleichsgewichte, auswirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung beinhaltet die Lagerung der Meßwelle einen Zwischenrahmen, welcher starr ausgebildet ist und an welchem die Meßwelle in einer einen Kraftmeßgeber aufweisenden La gerebene abgestützt ist. Der Zwischenrahmen ist am ortsfesten Rahmen über einen weiteren Kraftmeßgeber abgestützt. Die beiden Kraftmeßgeber befinden sich somit in zwei Lagersyste men für eine kraftmessende Unwuchterfassung, wobei jeder Kraftmeßgeber einem der beiden Lagersysteme zugeordnet ist. Die beiden Lagersysteme befinden sich zwischen der Meßwelle und dem starren Rahmen, beispielsweise der Auswuchtmaschine, an welcher die Unwuchtmessung und der Unwuchtausgleich an einem Kraftfahrzeugrad vorgenommen wird. Die Kraftmeßgeber können dabei in verschiedenen, jedoch im Bereich des starren Zwischenrahmens liegenden Lagerebenen oder in einer gemeinsa men Lagerebene liegen.

Durch die Ausbildung der beiden oben erwähnten Lagersysteme ist wenigstens eine weitere Abstützung der Meßwelle vorgese hen, welche die Eigenschaft einer virtuellen Lagerstelle in einer weiteren Lagerebene hat. Es können auch zwei derartige Lagerebenen mit derartigen virtuellen Lagerstellen vorgesehen sein. Die virtuellen Lagerstellen können sich zu beiden Seiten des zu messenden Rotors befinden. Es ist jedoch auch möglich, nur eine eine virtuelle Lagerstelle aufweisende zusätzliche Lagerebene vorzusehen, welche sich bevorzugt zwischen den beiden Ausgleichsebenen des Rotors oder auch zwischen der Ebene, in der die Kraftmeßgeber liegen, und dem Rotor befindet.

In bevorzugter Weise sind die beiden Kraftmeßgeber in einer gemeinsamen Lagerebene, welche senkrecht zur Achse der Meß welle verläuft, angeordnet. Die in den Kraftmeßgebern als Reaktionskräfte eingeleiteten Kräfte sind parallel, insbeson dere koaxial, zueinander ausgerichtet und befinden sich in der gemeinsamen Lagerebene. Die Kraftmeßgeber können jedoch im Bereich der axialen Ausdehnung des Zwischenrahmens in unterschiedlichen Lagerebenen liegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Meß welle in einer ersten den Kraftmeßgeber aufweisenden La gerebene und in einer zweiten die virtuelle Stützstelle aufweisenden Lagerebene am Zwischenrahmen abgestützt ist und daß der Zwischenrahmen in der einen Lagerebene über den zweiten Kraftmeßgeber am ortsfesten Rahmen angestützt ist und ferner mittels einer Parallelführung am ortsfesten Rahmen angelenkt ist. Die die virtuelle Stützstelle aufweisende Lagerebene kann sich zwischen dem Rotor, insbesondere Kraft fahrzeugrad, und der Lagerebene, welche die beiden Kraftmeß geber aufweist, oder bevorzugt zwischen den beiden Ausgleich sebenen des Rotors, insbesondere Kraftfahrzeugrades befinden.

Der Zwischenrahmen kann über ein Stützhebelpaar und Gelenken an den jeweiligen Enden der Stützhebel am ortsfesten Rahmen abgestützt sein. Auch die Meßwelle kann über ein Stützhebel paar und Gelenken an den Hebelenden am Zwischenrahmen abge stützt sein. Die Achsen der jeweiligen Gelenke verlaufen senkrecht zu der Ebene, in welcher die in die Kraftmeßgeber eingeleiteten Kräfte und die Achse der Meßwelle liegen. Das Stützhebelpaar, welches den Zwischenrahmen am ortsfesten Rahmen abstützt, kann gleichzeitig die Parallelführung des Zwischenrahmens am ortsfesten Rahmen bewirken. Hierzu verlau fen die Stützhebel parallel zueinander. Es ist jedoch auch möglich, die Stützhebel im Winkel zueinander anzuordnen, wobei der Scheitel des Winkels bevorzugt in der Achse der Meßwelle oder in der Nähe dieser Meßwellenachse liegt. Die Gelenke der Stützhebel liegen dann in den Ecken eines Trape zes der Grundrißanordnung der Stützhebel. Durch diese Anord nung wird die an der äußeren Seite des Rotors liegende virtu elle Lagerstelle geschaffen. Die innerhalb des Rotors, insbe sondere zwischen den Ausgleichsebenen, liegende virtuelle Lagerstelle der Meßwelle am Zwischenrahmen kann ebenfalls durch im Winkel zueinander angeordnete Stützhebel, deren Gelenke in den Ecken eines Grundrißtrapezes der Stützhebel anordnung liegen, gebildet werden. In bevorzugter Weise sind die Stützhebel als biegesteife Flachteile, z. B. Blechteile, Gußteile, gewalzte Flachteile und dergleichen ausgebildet, welche zusammen mit den Gelenken gewährleisten, daß in die Meßgeber die gewünschte, beispielsweise im wesentlichen lineare und koaxial verlaufende Krafteinleitung erfolgt. Die Stützhebelanordnung, welche aus den Flachteilen gebildet ist, kann aus einem Stück hergestellt sein, wobei die Flachteile biegesteif ausgebildet sind und nur die dazwischenliegenden, im wesentlichen linienförmig verlaufenden Gelenke biegeela stisch sind. Die Gelenke können durch Schwachstellen, bei spielsweise Einschnürungen zwischen den einzelnen biegestei fen Flachteilen gebildet sein. Hierdurch werden biegeelasti sche Gelenkachsen zwischen den biegesteifen Flachteilen gebildet. Durch die entsprechende Anordnung, parallel oder im Winkel, werden dann, wie oben erläutert, die gewünschten virtuellen Lagerstellen, welche in den jeweiligen Lagerebenen linienförmig sich erstreckende Lagerachsen bilden, geschaf fen.

Die virtuellen Lagerstellen sind auch die im Rahmenrechner der Auswuchtmaschine berücksichtigten Meßorte, welche virtu elle Meßorte darstellen.

[Beispiele]

Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfin dung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Meßanordnung und Lagerung für die Meßwelle, wie sie bei den Ausführungsformen der Fig. 1, 3 und 5 zum Einsatz kommen kann;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Meß anordnung der Fig. 7 von vorne oben gesehen; und

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung der Meß anordnung der Fig. 7 und 8 seitlich von oben gesehen.

In den Figuren ist in schematischer Darstellung ein Rotor 1 dargestellt, welcher zur Unwuchtmessung an einer Meßwelle 2 in bekannter Weise durch nicht näher dargestellte Spannmittel befestigt ist. Die Meßwelle 2 ist drehbar an einem ortsfesten Rahmen 6 gelagert. Es kann sich hier um den Maschinenrahmen einer Radauswuchtmaschine handeln. Die Lagerung erfolgt mit Hilfe einer im einzelnen noch zu beschreibenden Lagerung 3, welche auch Kraftmeßgeber 4, 5 aufweist. Die Lagerung 3 kann ein rohrförmiges Drehlager 26 aufweisen, in welchem die Meßwelle 2 drehbar gelagert ist. Das Drehlager 26, welches die Meßwelle 2 aufnimmt, ist in einer ersten Lagerebene 8 an einem Zwischenrahmen 7 über den Kraftmeßgeber 4 starr gela gert. Ferner wird durch Stützhebel 13, 14, die ein Stützhe belpaar bilden und im Winkel zueinander verlaufen, eine virtuelle Stützstelle 24 in einer weiteren Lagerebene 9 geschaffen. Die Stützstelle 24 wirkt wie eine Schwenkachse, welche senkrecht zur Achse 23 der Meßwelle 2 und senkrecht zur Krafteinleitungsrichtung der aus der Unwuchtmessung resultierenden Reaktionskräfte in den Kraftmeßgeber 4 ver läuft. An ihren Enden sind die Stützhebel 13 und 14 gelenkig (Gelenke 19 und 22) mit dem Zwischenrahmen 7 und gelenkig (Gelenke 20, 21) mit dem Drehlager 26 für die Meßwelle 2 verbunden. Die Gelenkachsen der Gelenke 19 bis 22 verlaufen parallel zur Schwenkachse, welche in der virtuellen Lager stelle 24 gebildet ist. Die virtuelle Lagerstelle 24 kann sich zwischen dem Rotor 1 und der Lagerebene 8, in welcher die Kraftmeßgeber 4 und 5 liegen, befinden (Fig. 1 und 2). Die virtuelle Lagerstelle 24 kann sich jedoch auch im Bereich des Rotors, insbesondere zwischen Ausgleichsebenen 27 und 28 befinden, in welchen der Unwuchtausgleich, beispielsweise durch Anbringen von Ausgleichsgewichten durchgeführt wird (Fig. 5 und 6).

Der Zwischenrahmen 7 ist über den Kraftmeßgeber 5 am ortsfe sten Rahmen 6 abgestützt. Der Kraftmeßgeber 5 kann in der senkrecht zur Meßwelle 2 liegenden Lagerebene 8 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Kraftmeßgeber 5 in axialer Richtung der Meßwelle 2 versetzt in einer anderen Lagerebene anzuordnen. Ferner ist der Zwischenrahmen 7 über ein Stützhebelpaar (Stützhebel 11 und 12) am ortsfesten Rahmen 6 abgestützt. An den Enden sind die Stützhebel 11, 12 mit dem ortsfesten Rahmen 6 gelenkig (Gelenke 15, 16) verbun den und gelenkig (Gelenke 17, 18 bei den Fig. 1, 3, 5 und 7 bis 9 sowie Gelenke 19, 22 bei den Fig. 2, 4 und 6) mit dem Zwischenrahmen 7 verbunden. Der Zwischenrahmen 7 ist als starrer Lagerblock oder starrer und biegesteifer Lagerrahmen ausgebildet.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 sowie 5 bis 9 verlaufen die Stützhebel 11 und 12 im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Achse 23 der Meßwelle 2. Die Stützhebel 11 und 12 bilden somit eine Parallellenkerführung zur im wesentlichen senkrecht zur Achse 23 der Meßwelle 2 gerichteten Krafteinleitung der beim Unwuchtmeßlauf sich ergebenden Reaktionskräfte in den Kraftmeßgeber 5.

Bei den beiden Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 sind die beiden Stützhebel 11 und 12 in einem spitzen Winkel zueinan der angeordnet, dessen Scheitel in der Achse 23 der Meßwelle 2 oder in der Nähe der Achse 23 liegt. Dieser Scheitel bildet eine weitere virtuelle Lagerstelle 25 in einer senkrecht zur Meßwelle 2 sich erstreckenden Lagerebene 10, welche an der Außenseite des Rotors 1 liegt. Auch die virtuelle Lagerstelle 25 hat die Eigenschaft einer Schwenkachse, die senkrecht auf der Achse 23 der Meßwelle 2 und senkrecht auf die Einlei tungsrichtung der Krafteinleitung in die Kraftmeßgeber 4 und 5 liegt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt diese Krafteinleitung in der Lagerebene 8. Zur Bildung der Schwenkachseneigenschaft in der jeweiligen virtuellen Lager stelle 24, 25 verlaufen die Gelenkachsen der Gelenke 15 bis 22 parallel zueinander und senkrecht zur Achse 23 der Meßwel le 2 sowie zur Krafteinleitungsrichtung der Reaktionskräfte in die Kraftmeßgeber 4 und 5 in der Lagerebene 8.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 werden zu beiden Seiten des Rotors 2, nämlich an der Innenseite und der Außenseite des Rotors Lagerebenen 9 und 10 mit den virtuellen Lagerstellen 24 und 25 geschaffen. Die virtuellen Lagerstel len 24 und 25 haben die Eigenschaften virtueller Meßorte. Der inneren Lagerstelle 24 zugeordnete Kräfte L werden vom Kraft meßgeber 5 und der Lagerstelle 25 zugeordnete Kräfte R werden in den Kraftmeßgeber 4 eingeleitet. Die Kraftmeßgeber erzeu gen entsprechende Meßgebersignale L' und R'. Daß in den virtuellen Lagerstellen 24 und 25 auch virtuelle Meßorte geschaffen sind, ergibt sich daraus, daß dann, wenn eine aus der Rotorunwucht resultierende Fliehkraft in der linken Lagerebene 9 angreift, ein der Größe dieser Fliehkraft pro portionales Meßsignal L' vom Kraftmeßgeber 5 abgegeben wird, während der Kraftmeßgeber 4 kein Signal abgibt. Wenn in der rechten äußeren Lagerebene 10 eine aus der Rotorunwucht resultierende Fliehkraft R angreift, gibt nur der Kraftmeßge ber 4 ein proportionales Meßsignal R' ab, während der Kraft meßgeber 5 kein Signal erzeugt. Hieraus ergibt sich eine fliegende Lagerung, bei welcher die Ausgleichsebenen 27 und 28 am Rotor 1 zwischen den virtuellen Meßorten bzw. virtuel len Meßebenen, welche mit den Lagerebenen 9 und 10 überein stimmen, sich befinden, wie es in den Fig. 3 und 4 darge stellt ist. Bei einem aus der Rotorunwucht resultierenden Krafteingriff zwischen den Lagerebenen 9 und 10 werden die in diesen Ebenen (virtuelle Meßebene) wirksamen Lagerkräfte entsprechend den Lagerabständen von der Eingriffsstelle aufgeteilt und entsprechende Meßgebersignale von den Kraft meßgebern 4 und 5 abgegeben.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 sowie 5 bis 9 befindet sich die äußere virtuelle Lagerstelle im Unendlichen oder in einer relativ großen Entfernung von einigen Metern, z. B. zwischen etwa 3 bis 20 m und mehr, da durch die Stützhe bel 11 und 12 im wesentlichen eine Parallelführung des Zwi schenrahmens 7 bewirkt wird. Wird bei diesen Ausführungsfor men in der Lagerebene 9 (virtuelle Meßebene) an der virtuel len Lagerstelle (virtueller Meßort) eine aus der Rotorunwucht resultierende Fliehkraft (L in den Fig. 1 und 2 und S in den Fig. 5 und 6) eingeleitet, wird diese Kraft nur vom Kraftmeß geber 5 erfaßt und von diesem ein proportionales Signal L' bzw. S' abgegeben. Der Kraftmeßgeber 4 gibt kein Signal ab. Unabhängig vom Abstand der eingeleiteten Fliehkraft wird der Kraftmeßgeber 5 aufgrund der Parallelführung des Zwischenrah mens 7 ein nur der Fliehkraftgröße proportionales Signal abgeben. Der Kraftmeßgeber 4 wird hingegen ein Meßsignal M' abgeben, welches nicht nur der Fliehkraftgröße und damit der Unwuchtgröße proportional ist, sondern auch dem Abstand der Krafteinleitungsstelle von der Lagerebene 9 bzw. der virtuel len Lagerstelle 24.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1, 3 und 5 sowie der Fig. 7 bis 9 erfolgt die Abstützung des Zwischenrahmens 7 am ortsfesten Rahmen 6 mit Hilfe des aus den Stützhebeln 11 und 12 gebildeten Stützhebelpaares und die Abstützung des rohr förmigen Drehlagers 26 der Meßwelle 2 mit Hilfe des aus den Stützhebeln 13 und 14 gebildeten Stützhebelpaares in axialer Richtung der Meßwelle 2 gesehen hintereinander. Bei den Ausführungsformen der Fig. 2, 4 und 6 erfolgt die Abstüt zung des Stützrahmens 7 am ortsfesten Rahmen 6 und des Drehlagers 26 der Meßwelle 2 am Zwischenrahmen 7 mit den jeweiligen Stützhebelpaaren 11, 12 und 13, 14 nebeneinander bzw. übereinander. Dabei können die Gelenke 17, 19 und 18, 22 in den gemeinsamen Gelenken 19 und 22 am Zwischenrahmen 7 zusammenfallen, wie es in den Fig. 2, 4 und 6 dargestellt ist.

Die Stützhebel 11 bis 14 können von Flachteilen gebildet werden, die starr und biegesteif ausgebildet sind. Die Flach teile können aus einem Stück gebildet sein, wobei die Gelenke durch linienförmige Schwachstellen, z. B. in Form von Ein schnürungen gebildet sind. Wie aus den Fig. 7 bis 9 zu erse hen ist, kann aus dem Stück, welches die Flachteile für die Stützhebel 11 bis 14 bildet, auch eine Halteplatte 33 gebil det sein, welche Bestandteil der Halteeinrichtung 29 ist. Die Halteplatte 33 ist fest mit dem rohrförmigen Drehlager 26, beispielsweise durch Schweißen verbunden. Zusätzlich kann als Bestandteil der Halteeinrichtung 29 noch ein Stützwinkel 34 vorgesehen sein, der ebenfalls durch beispielsweise Schweißen fest mit der Halteplatte 3 und dem Drehlager 26 verbunden ist. In den Figuren ist der obere Stützwinkel 34 dargestellt. Es kann zusätzlich auch ein unterer Stützwinkel noch vorgese hen sein. Der obere und untere Stützwinkel können auch aus einem Winkelstück bestehen, bei dem das Drehlager 26 durch eine Öffnung in dem Winkelstück geführt und fest, z. B. durch Schweißen mit dem Winkelstück verbunden ist. Hierdurch wird eine starre und biegesteife Verbindung der Halteeinrichtung 29 mit dem Drehlager 26 zwischen den beiden Gelenken 20 und 21 geschaffen. Die Gelenke 20 und 21 befinden sich zwischen den beiden Stützhebeln 13 und 14 und der Halteplatte 33.

Aus dem einen Stück, aus dem die Flachteile für die Stützhe bel 11 bis 14 gebildet sind, können ferner Befestigungsplat ten 37, 38 und 40, 41 gebildet sein. Die Befestigungsplatten 37, 38 sind fest, beispielsweise durch Schraubverbindungen oder anderweitig mit dem ortsfesten Rahmen 6 verbunden. Die Befestigungsplatten 37 und 38 bilden die Befestigungsstellen für das aus den Stützhebeln 11 und 12 gebildeten Stützhebel arm, mit welchem der Zwischenrahmen 7 am ortsfesten Rahmen 6 abgestützt ist. Zwischen den Befestigungsplatten 37 und 38 und den Flachteilen, welche die Stützhebel 11 und 12 bilden, sind die durch die linienförmigen Schwachstellen bzw. Ein schnürungen gebildeten Gelenke 15 und 16 vorgesehen. Die Schwachstellen haben einen konkaven, insbesondere halbkreis förmigen Querschnitt.

Ferner sind aus dem einen Stück die beiden Befestigungsplat ten 40 und 41 gebildet, welche fest, beispielsweise durch Schraubverbindungen, Schweißen oder dergleichen, mit Seiten flächen des Zwischenrahmens 7 verbunden sind. Zwischen den beiden Befestigungsplatten 40 und 41 und den Stützhebeln 11 und 12 sind durch die Schwachstellen bzw. Einschnürungen die Gelenke 17 und 18 gebildet. Zwischen den Flachteilen, welche die Stützhebel 13 und 14 bilden, sind durch Schwachstellen bzw. Einschnürungen die Gelenke 19 und 22 gebildet.

Auf diese Weise läßt sich aus einem Stück praktisch die gesamte Lagerung 3, mit welcher die Meßwelle 2 am ortsfesten Rahmen 6 abgestützt ist und welche die virtuellen Lagerstel len und Meßorte vorgibt, bilden.

Die parallel Führung des Zwischenrahmens 7 am ortsfesten Rahmen ergibt sich im wesentlichen dadurch, daß die Grundli nien der konkaven Einschnürungen 15, 17 und 16, 18 zu beiden Seiten der Stützhebel 11 und 12 etwa in parallelen Ebenen 35 und 36 liegen, in denen die Führungsfunktion der beiden Stützhebel 11 und 12 erreicht wird. Die jeweiligen Ein schnürungen 15, 17 und 16, 18 befinden sich an gegenüberlie genden Flächen der die Flachteile bildenden Stützhebel 11 und 12. Die Stützhebel 11 und 12 sind in einem äußerst spitzen Winkel zueinander geneigt, wobei jedoch, wie schon erläutert die Parallellenkerführung durch Führungsfunktion in den parallelen Ebenen 35 und 36 erzielt wird. Hierdurch können den Fig. 1 und 5 entsprechende Meßanordnungen erreicht werden. Um eine der Fig. 3 entsprechende Meßanordnung zu erreichen, können die Stützhebel 11 und 12 in einem entspre chend größeren Winkel zueinander geneigt werden.

Wie ferner aus der Fig. 8 ersichtlich ist, sind die beiden Kraftgeber 4, 5 in einer Wirklinie angeordnet, wobei der Kraftmeßgeber 4 zwischen dem Drehlager 6 und der Innenseite des Zwischenrahmens 7 und der Kraftmeßgeber 5 zwischen der Außenseite des Zwischenrahmens 7 bzw. der Befestigungsplatte 41 (Fig. 9) und dem ortsfesten Rahmen 6 angeordnet sind.

Für den Antrieb der Meßwelle 2 ist ein Elektromotor 30 vorge sehen, welcher über einen Riementrieb 31 die Meßwelle an treibt. Der Motor 30 ist am Drehlager 26 über einen Ausle gerarm 32 gelagert. Durch diese Lagerung wird das Meßergebnis aus vom Motorantrieb resultierenden Störungen nicht beein flußt.

In axialer Richtung gesehen, wird eine kompakte Lagerung 3 für die Meßwelle 2 am ortsfesten Rahmen 6 geschaffen. Hieraus ergeben sich im Zusammenhang mit der reduzierten Kräftedyna mik insbesondere bei fliegender Lagerung der Meßwelle 2 eine Verringerung des Einflusses von Empfindlichkeitsänderungen der Kraftaufnehmer, beispielsweise in Folge unterschiedlicher Einwirkungen von Temperatur, Alterung, Schlag, Überlastung, Transporterschütterungen und Feuchtigkeit, eine verringerte Notwendigkeit für den Austausch der Kraftmeßgeber, von Nach justagen der Meßanordnung nach Transport und Aufstellung der Maschine, verringerte Servicekosten, verbesserte Meßgenauig keit, verringerte Anforderungen an die Auflösung der AD-Wandler bei der Digitalisierung der analogen Meßsignale und ein großer virtueller Abstand der Meßebenen trotz der kompak ten Bauweise. Trotz fliegender Lagerung der Meßwelle erreicht man eine reduzierte Kräftedynamik ähnlich der einer Meßanord nung mit zwei Lagerstellen zu beiden Seiten des Rotors.

Bezugszeichenliste

1

Rotor

2

Meßwelle

3

Lagerung

4

Kraftmeßgeber

5

Kraftmeßgeber

6

ortsfester Rahmen

7

Zwischenrahmen

8

Lagerebene

9

Lagerebene

10

Lagerebene

11

Stützhebel

12

Stützhebel

13

Stützhebel

14

Stützhebel

15

Gelenk

16

Gelenk

17

Gelenk

18

Gelenk

19

Gelenk

20

Gelenk

21

Gelenk

22

Gelenk

23

Meßwellenachse

24

virtuelle Lagerstelle

25

virtuelle Lagerstelle

26

Drehlager

27

Ausgleichsebene

28

Ausgleichsebene

29

Halteeinrichtung

30

Elektromotor

31

Riementrieb

32

Auslegerarm

33

Halteplatte

34

Stützwinkel

35

parallele Ebene

36

parallele Ebene

37

Befestigungsplatte

38

Befestigungsplatte

40

Befestigungsplatte

41

Befestigungsplatte

Claims

1. Vorrichtung zur Messung von Kräften, welche durch eine Unwucht eines Rotors erzeugt werden mit

- einer in einem Drehlager drehbar um ihre Achse gelager ten Meßwelle, an welcher der Rotor für die Messung befe stigt ist, und
- einer Kraftmeßgeber aufweisenden Lagerung der Meßwelle an einem ortsfesten Rahmen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Lagerung (3) einen Zwischenrahmen (7) aufweist, an welchem die Meßwelle (2) in einer einen Kraftmeßgeber (4) aufweisenden Lagerebene (8) abgestützt ist,
- der Zwischenrahmen (7) am ortsfesten Rahmen (6) über einen weiteren Kraftmeßgeber (5) abgestützt ist und
- die Meßwelle (2) am Zwischenrahmen (7) und der Zwi schenrahmen (7) am ortsfesten Rahmen (6) ferner in je weils einer virtuellen Lagerstelle (24, 25) ab gestützt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeßgeber (4, 5) in Lagerebenen im Bereich des starren Zwischenrahmens (7) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Kraftmeßgeber (4, 5) in einer gemeinsamen Lagerebene (8) liegen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenrahmen (7) am ortsfesten Rahmen (6) und die Meßwelle (2) am Zwischenrahmen (7) in der Weise gelagert sind, daß die in die Kraftmeßgeber (4, 5) eingeleiteten Kräfte in einer Ebene liegen und paral lel, insbesondere koaxial, zueinander ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Lagerstellen (24, 25) außerhalb der Ausgleichsebenen (27, 28) liegen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Lagerstellen (24, 25) in ihren Schnittpunkten mit der Meßwelle (2) virtuelle Meßorte bzw. Meßebenen bilden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuellen Lagerstellen (24, 25) linienförmig ausgebildet sind und senkrecht zur Meßwel lenachse (23) verlaufen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwelle (2) am Zwischenrahmen (7) in einer zweiten die virtuelle Lagerstelle (24) auf weisenden Lagerebene (9) abgestützt ist und der Zwischen rahmen (7) in der den Kraftmeßgeber (5) aufweisenden La gerebene (8) und mit Parallelführung am ortsfesten Rahmen (6) abgestützt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (3) nur eine virtuelle Lagerstelle (24) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine virtuelle Lagerstelle (24) zwischen den Ausgleichsebenen (27, 28) liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine virtuelle Lagerstelle (24) zwischen dem Rotor (1) und dem ortsfesten Rahmen (6) liegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei virtuelle Lagerstellen (24, 25) beidseits des Rotors (1) vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenrahmen (7) über ein er stes Stützhebelpaar (11, 12) und Gelenke (15-18) am orts festen Rahmen (6) und die Meßwelle (2) über ein zweites Stützhebelpaar (13, 14) und Gelenke (19-22) am Zwischen rahmen (7) abgestützt sind und daß die Achsen der jewei ligen Gelenke (15-22) im wesentlichen senkrecht zu der Richtung verlaufen, in welcher die in die Kraftmeßgeber (4, 5) eingeleiteten Kräfte wirksam sind und senkrecht zur Achse (23) der Meßwelle (2) liegen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhebel (11, 12) des ersten Stützhebelpaares parallel oder in einem Winkel, dessen Scheitel im wesentlichen in der Achse (23) der Meßwelle (2) liegt, angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhebel (11-14) durch biege steife Flachteile gebildet sind, die zwischen den zuge ordneten Gelenken (15-22) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stützhebel (11-14) bildenden Flachteile mit ihren Flächen in der gleichen Ebene liegen wie die Achsen der zugeordneten Gelenke (15-22).

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützhebel (11 bis 14) und die Gelenke (15 bis 22) aus einem Stück gebildet sind, wobei die Gelenke (15 bis 22) als linear verlaufende Schwach stellen ausgebildet sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden virtuellen Lagerstellen (24, 25) gegenüber der Achse (23) der Meß welle (2) auf die Seite zu versetzt ist, auf welcher der jeweils zugeordnete Kraftmeßgeber (4, 5) liegt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Meßwelle (2) im Zwischenrahmen (7) und die Abstützung des Zwischenrahmens (7) am ortsfesten Rahmen (6) in axialer Richtung der Meß welle (2) gesehen hintereinander (Fig. 1, 3, 5 bis 9) oder nebeneinander (Fig. 2, 4, 6) liegen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (26) mit einer biege steifen Halteeinrichtung (29) im axialen Abstand zur La gerebene (8), in welcher die Kraftmeßgeber (5, 6) liegen, fest verbunden ist und daß die Halteeinrichtung (29) über zwei im Winkel zueinander angeordnete Stützhebel (13, 14) und die Gelenke (19 bis 22) am Zwischenrahmen (8) abge stützt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (15-22) bildenden Schwachstellen einen konkaven Querschnitt aufweisen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (15-22) bildenden Schwachstellen als Linearperforationen ausgebildet sind.